Loop Technology是開發(fā)高速自動(dòng)化大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)預(yù)成型工藝的機(jī)器的前沿。用復(fù)合材料生產(chǎn)新一代環(huán)保、可持續(xù)的飛機(jī)部件尤其是機(jī)翼蒙皮和機(jī)身部分。未來的復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)勢(shì)必要向復(fù)合結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)與金屬結(jié)構(gòu)等效且低成本的方向發(fā)展。

當(dāng)前的自動(dòng)化制造技術(shù)，如自動(dòng)化纖維鋪設(shè)（AFP）和自動(dòng)化膠帶鋪設(shè)（ATL），在過去二十年中徹底改變了復(fù)合材料用于航空結(jié)構(gòu)部件的制造，但由于其相對(duì)較低的生產(chǎn)速率而受到限制。當(dāng)需要大量生產(chǎn)的大型零件時(shí)，必須使用更多的機(jī)器，因此，它需要額外的成本和投資，從而導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益差。

新的生產(chǎn)方法將徹底改變復(fù)合材料用于航空結(jié)構(gòu)部件的制造領(lǐng)域。一種新的大型零件鋪放技術(shù)已經(jīng)逐漸引起了各大航空航天制造商的興趣，它不再需要鋪設(shè)一系列絲束，相反，通過中生產(chǎn)完整的層達(dá)到一次制造成型的效果。這種制造技術(shù)每小時(shí)生產(chǎn)超過200公斤的材料。該技術(shù)能夠減少鋪設(shè)面板所需的層總數(shù)，從而減少鋪設(shè)預(yù)制件所需的時(shí)間。例如，目前需要超過100000個(gè)單獨(dú)絲束或膠帶的機(jī)翼蒙皮在完全鋪層的情況下使用該技術(shù)可以減少到150個(gè)。

除此之外，與其他系統(tǒng)（例如AFP工藝每小時(shí)只能生產(chǎn)20kg材料）相比，該技術(shù)朝著高容量發(fā)展，有可能減少40%的能源消耗，減少30%所需空間，成本降低50%。

圖1:一種超高速生產(chǎn)設(shè)備FibreFORM

FibreFORM是一種具備超高速生產(chǎn)能力的機(jī)器，可以適配自動(dòng)化工藝系統(tǒng)（見圖1）。該機(jī)器拾取大塊預(yù)先切割的織物，將其加工成與模具表面匹配的形狀，然后將其放下并以高度可重復(fù)的精度重復(fù)該過程。

該系統(tǒng)基于一系列橫跨單元寬度的樣條曲線（見圖2）。安裝在這些樣條上的是控制元件。每一條樣條都通過一系列電機(jī)進(jìn)行控制，使系統(tǒng)能夠以理論上實(shí)現(xiàn)零誤差率制造。樣條曲線可以獨(dú)立于其相鄰曲面進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)雙曲面。該技術(shù)精確的控制系統(tǒng)中材料的剪切行為，從而實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的疊層過程。該技術(shù)設(shè)計(jì)用于處理預(yù)浸料和干燥纖維，單獨(dú)控制的元件使FibreFORM能夠拾取和放置各種不同尺寸和形狀的簾布層，包括不規(guī)則截面和切口。該系統(tǒng)可用于處理寬度達(dá)2米的簾布層，長(zhǎng)度從0.4米至20米。該技術(shù)還包括集成視覺系統(tǒng)，以促進(jìn)高精度簾布層的定位。高精度系統(tǒng)不依賴于路徑跟蹤精度，并且對(duì)層板和表面幾何形狀沒有要求。

圖2:FibreFORM細(xì)節(jié)展示

與所有制造技術(shù)一樣，該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中也存在一些問題。例如FibreFORM機(jī)器必須與預(yù)設(shè)層尺寸一樣大，并且在生產(chǎn)過程中能耗較高。

干燥纖維在搬運(yùn)材料時(shí)通常需要較高的氣流速度以產(chǎn)生升力。根據(jù)材料特性，這可能會(huì)導(dǎo)致FibreFORM運(yùn)行成本的增加。這些問題后續(xù)的研發(fā)過程中加以解決，以提高該技術(shù)的可行性，包括拓展其在其他行業(yè)中的應(yīng)用。

此文由中國(guó)復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會(huì)翻譯，文章不用于商業(yè)目的，僅供行業(yè)人士交流，引用請(qǐng)注明出處。