復(fù)合材料制造裝備向小型化和機(jī)器人化發(fā)展

任曉華

美國《高性能復(fù)合材料》雜志2012年7月報(bào)道，上世紀(jì)90年代MAG IAS和Ingersoll機(jī)床公司已經(jīng)將自動鋪絲機(jī)做成商業(yè)化產(chǎn)品。今天，自動鋪絲機(jī)主要由兩個(gè)機(jī)床公司供應(yīng)，一是西班牙的MTorres公司，另一家為美國的Electroimpact公司，另外還有一些小型機(jī)床公司，包括Automated Dynamics、Accudyne Systems、Coriolis Composites和Mikrosam公司。

自動鋪絲和自動鋪帶技術(shù)廣泛用于與航空工業(yè)，但在過去幾年，其市場狀況正在驅(qū)動復(fù)合材料裝備供應(yīng)商在產(chǎn)品線上做一些改變。自從自動鋪絲和自動鋪帶首次變成可行性生產(chǎn)工藝以來，裝備供應(yīng)商通常為最大型的航空航天工業(yè)公司設(shè)計(jì)和制造很大且昂貴的機(jī)床。但這幾年情況有所轉(zhuǎn)變，復(fù)合材料裝備供應(yīng)商開始開發(fā)較小型且更經(jīng)濟(jì)的機(jī)床，以滿足那些生產(chǎn)不需要很大機(jī)床且能支付得起設(shè)備費(fèi)用的公司需求。

利用商用機(jī)器人作為小尺寸復(fù)合材料鋪層設(shè)備的平臺正在成為設(shè)備供應(yīng)商的基本做法。MTorres、MAG IAS和Electroimpact設(shè)備供應(yīng)商均提供以機(jī)器人為平臺的小尺寸鋪層設(shè)備。MTorres和MAG IAS公司還提供縮比的龍門架式自動鋪帶系統(tǒng)。

MTorres公司在開發(fā)小型復(fù)合材料鋪層系統(tǒng)方面異?；钴S，公司擁有一個(gè)新的小型的基于機(jī)器人的自動鋪帶機(jī)。該機(jī)床有一個(gè)能鋪3英寸/76.2毫米帶寬的縮比鋪帶頭。公司在其位于西班牙的主廠新研發(fā)大樓里安裝了一臺類似的機(jī)床，另外它還將其一臺類似機(jī)床賣給歐洲一家航空航天公司。

這種鋪帶機(jī)有一個(gè)中央工具旋轉(zhuǎn)裝置和兩個(gè)鋪帶的機(jī)械手。該機(jī)床是專門為渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)機(jī)匣成形而開發(fā)的。

MTorres公司開發(fā)的另一臺基于機(jī)器人的自動鋪帶機(jī)是專門為鋪平面結(jié)構(gòu)件而開發(fā)的。機(jī)器人鋪帶機(jī)可以沿著水平地板上的X軸驅(qū)動下與鋪設(shè)表面平行移動。機(jī)床的X軸行程可根據(jù)用戶需求任意配置。MTorres公司還有一個(gè)小型懸臂架式機(jī)床，利用鋪絲頭鋪設(shè)平面零件，專門為A350的桁條的鋪絲而開發(fā)。使用自動鋪絲機(jī)成形復(fù)雜的平面零件可大大減少在制品材料浪費(fèi)。

MAG IAS公司有一臺小型機(jī)器人自動鋪絲系統(tǒng)，是專門為那些通常用手工鋪層的小型零件而開發(fā)的。該系統(tǒng)鋪絲頭可輸送4～16束絲束，絲束寬度為3.18毫米或6.34毫米。

Electroimpact公司也以開發(fā)小型復(fù)合材料鋪層設(shè)備而聞名。公司已售出一臺基于商業(yè)機(jī)器人的小型自動鋪絲機(jī)。這臺機(jī)器人系統(tǒng)有16絲束自動鋪絲頭，將絲軸與輸送頭合并。

Ingersoll機(jī)床公司與有潛力應(yīng)用客戶設(shè)計(jì)和制造專用需求設(shè)備，包括小型鋪層設(shè)備，但是沒有確切的消息聲稱該公司已經(jīng)生產(chǎn)了小型機(jī)床設(shè)備。

Automated Dynamics公司自1990年開始就已經(jīng)供應(yīng)小型鋪層設(shè)備，公司在基于機(jī)器人設(shè)備方面具有豐富經(jīng)驗(yàn)。在過去幾年中，它的機(jī)床產(chǎn)品線主要是基于機(jī)器人的設(shè)備。公司相信小型、基于機(jī)器人平臺的設(shè)備系統(tǒng)將在未來幾年快速增長，并計(jì)劃增加更多這類設(shè)備生產(chǎn)線。

Coriolis復(fù)合材料公司是開發(fā)基于商用機(jī)器人平臺的自動鋪絲機(jī)開發(fā)的先行者，它的基于機(jī)器人的復(fù)合材料自動鋪層設(shè)備被龐巴迪C系列支線飛機(jī)項(xiàng)目選擇作為復(fù)合材料零件制造裝備。

預(yù)期未來幾年各種自動鋪絲和自動鋪帶配置和尺寸的機(jī)床將出現(xiàn)，機(jī)器人平臺將用于更多的復(fù)合材料鋪層系統(tǒng)。機(jī)器人平臺與復(fù)合材料鋪層技術(shù)相結(jié)合被證明是非常成功的。復(fù)合材料鋪層設(shè)備品種的擴(kuò)展意味著更小的復(fù)合材料車間可根據(jù)他們所需的尺寸和價(jià)格選用自動鋪層設(shè)備。最終，復(fù)合材料自動化設(shè)備就像在金屬加工業(yè)中的5坐標(biāo)CNC機(jī)床一樣，將成為復(fù)合材料工業(yè)的常態(tài)。