一、技術(shù)演進(jìn)：從手工鋪疊到智能裝備的跨越

復(fù)合材料以其高強(qiáng)度、輕量化特性，成為航空工業(yè)突破性能極限的關(guān)鍵材料。而將預(yù)浸料精準(zhǔn)鋪覆于復(fù)雜構(gòu)件表面的鋪放技術(shù)，堪稱復(fù)合材料成型的“最后一公里”，其設(shè)備發(fā)展直接映射著航空制造的自動(dòng)化進(jìn)程。

20世紀(jì)60年代，美國航空工業(yè)為解決大型機(jī)翼蒙皮的批量生產(chǎn)難題，率先研發(fā)出自動(dòng)鋪帶技術(shù)。當(dāng)時(shí)的預(yù)浸帶寬集中在75mm-300mm，通過機(jī)械臂與加熱系統(tǒng)的協(xié)同，實(shí)現(xiàn)了小曲率構(gòu)件的高效鋪放。這一突破使機(jī)翼蒙皮的生產(chǎn)效率較手工提升3倍以上，成為波音747等機(jī)型量產(chǎn)的核心支撐。

20年后，隨著機(jī)身等雙曲率構(gòu)件的復(fù)合材料應(yīng)用需求激增，自動(dòng)鋪絲技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。與鋪帶技術(shù)不同，鋪絲采用6.35mm-12.7mm的細(xì)纖維束，通過多軸聯(lián)動(dòng)控制，可像 “編織” 般貼合復(fù)雜曲面。1990年第一臺(tái)纖維鋪放機(jī)問世后，波音公司迅速將其應(yīng)用于V-22 “魚鷹” 傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的后機(jī)身制造，使該部件的材料利用率從手工鋪疊的60%提升至90%以上。

中國的鋪放技術(shù)研發(fā)起步于世紀(jì)之交。2002年南京航空航天大學(xué)牽頭的 “自動(dòng)鋪放設(shè)備研制” 納入國家863計(jì)劃，標(biāo)志著國內(nèi)系統(tǒng)性攻關(guān)的開始。經(jīng)過20余年發(fā)展，雖已實(shí)現(xiàn)龍門式鋪帶機(jī)等設(shè)備的國產(chǎn)化，但在核心部件如張力控制系統(tǒng)、多軸協(xié)同算法上，仍與歐美存在代差。尤其在鋪絲設(shè)備領(lǐng)域，美國長期實(shí)施出口管制，而歐洲如西班牙MT、法國Forest-Line 等企業(yè)的技術(shù)壁壘，進(jìn)一步加劇了國內(nèi)高端設(shè)備的供給壓力。

二、核心設(shè)備解析：三類主流機(jī)型的技術(shù)博弈

（1）自動(dòng)鋪帶機(jī)：曲面構(gòu)件的 “精密裁縫”

自動(dòng)鋪帶機(jī)的核心價(jià)值在于對(duì)小曲率構(gòu)件的高精度覆蓋，其技術(shù)難點(diǎn)體現(xiàn)在“軌跡規(guī)劃+材料控制” 的雙重協(xié)同。與拉擠、纏繞等單向成型技術(shù)不同，鋪帶機(jī)需同時(shí)控制鋪帶頭的10軸運(yùn)動(dòng)（含3個(gè)位置軸、3個(gè)定位軸及4個(gè)輔助軸），實(shí)現(xiàn)預(yù)浸帶的輸送、加熱、壓實(shí)與切割一體化操作。

目前全球市場(chǎng)形成了“美歐雙雄” 格局：美國MAG Cincinnati的龍門式鋪帶機(jī)以穩(wěn)定性見長，被波音787機(jī)翼生產(chǎn)線采用；法國Forest-Line的 “大力神” 雙頭鋪帶機(jī)創(chuàng)新性地引入雙機(jī)頭設(shè)計(jì)-一個(gè)用連續(xù)無緯帶鋪覆大面，一個(gè)用預(yù)切料填補(bǔ)邊角，使復(fù)雜構(gòu)件鋪放效率提升40%。

國內(nèi)應(yīng)用端仍以引進(jìn)為主：上飛、洪都等企業(yè)采用MAG設(shè)備，哈飛、西飛則偏好西班牙MT的專用機(jī)型。值得關(guān)注的是，中復(fù)神鷹2023年推出的國產(chǎn)10軸鋪帶機(jī)，在某無人機(jī)機(jī)翼項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)替代，其重復(fù)定位精度達(dá)±0.1mm，接近國際水平。

（2）自動(dòng)鋪絲機(jī)：雙曲率構(gòu)件的 “編織大師”

相較于鋪帶技術(shù)，鋪絲機(jī)以細(xì)纖維束（6.35mm-12.7mm）為 “針線”，更適合機(jī)身筒段等雙曲率構(gòu)件。其技術(shù)核心在于32路獨(dú)立張力器的協(xié)同控制-每根纖維束的張力需穩(wěn)定在5-15N區(qū)間，偏差超過1N就可能導(dǎo)致構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力集中。

全球鋪絲機(jī)市場(chǎng)呈現(xiàn)“技術(shù)分化”：美國 Ingersoll 推出的可變直徑鋪絲機(jī)，可適配從機(jī)頭到機(jī)尾的不同曲率；西班牙MT的機(jī)械結(jié)構(gòu)以 “零間隙傳動(dòng)” 著稱，其鋪放速度達(dá)30m/min，為行業(yè)最快；法國Coriolis的磁懸浮張力系統(tǒng)，將張力波動(dòng)控制在±0.5N以內(nèi)，成為空客A350 機(jī)身生產(chǎn)線的核心設(shè)備。

國內(nèi)在鋪絲機(jī)領(lǐng)域仍處攻堅(jiān)階段。南京航空航天大學(xué)2023年公布的7軸實(shí)驗(yàn)機(jī)型，已實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單雙曲率件的鋪放，但在多軸協(xié)同算法上，與Ingersoll的32軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)仍有5-8年差距（來源：南京航空航天大學(xué)復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)室2024年公開報(bào)告）。

（3）機(jī)器人鋪放：柔性生產(chǎn)的 “后起之秀”

近年，機(jī)器人鋪放憑借柔性優(yōu)勢(shì)，成為中小批量構(gòu)件生產(chǎn)的新選擇。美國Automated Dynamics 2022年推出的6軸機(jī)器人鋪放系統(tǒng)，通過視覺定位補(bǔ)償模具誤差，將預(yù)浸織物的鋪放精度控制在±1mm，尤其適合無人機(jī)機(jī)翼、衛(wèi)星艙體等小尺寸構(gòu)件（來源：美國復(fù)合材料協(xié)會(huì)2023 年度技術(shù)報(bào)告）。

與傳統(tǒng)機(jī)床式鋪放設(shè)備相比，機(jī)器人系統(tǒng)的采購成本降低40%，占地面積減少60%，但速度僅為前者的60%，更適合多品種、小批量場(chǎng)景。國內(nèi)企業(yè)如哈工大機(jī)器人集團(tuán)，2024年推出的國產(chǎn)機(jī)器人鋪放設(shè)備，已在某航天院所實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星天線罩的批量生產(chǎn)（來源：《機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用》2024年第2期）。

三、市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)：航空復(fù)蘇與國產(chǎn)替代的雙重推力

（1）全球航空市場(chǎng)：復(fù)蘇催生設(shè)備需求

后疫情時(shí)代，全球航空業(yè)的復(fù)蘇正帶動(dòng)復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)鏈擴(kuò)張。空客官網(wǎng)2024年Q1報(bào)告顯示，其A350月產(chǎn)量已提升至6架，較2022年翻倍，該機(jī)型復(fù)合材料用量占比達(dá)53%，帶動(dòng)鋪放設(shè)備需求同比增長35%。波音2024年Q2財(cái)報(bào)則披露，787交付量恢復(fù)至每月5架，其機(jī)翼蒙皮鋪帶工序的設(shè)備利用率達(dá)90%（來源：空客、波音官網(wǎng)公開財(cái)報(bào)）。

支線航空與通用航空的增長同樣顯著。巴西航空工業(yè)2024年發(fā)布的市場(chǎng)預(yù)測(cè)顯示，未來10 年全球?qū)⑿略?.2萬架支線飛機(jī)，其中70%采用復(fù)合材料機(jī)身，為中小規(guī)格鋪放設(shè)備提供增量市場(chǎng)（來源：巴西航空工業(yè)《2024-2033市場(chǎng)展望》）。

（2）中國市場(chǎng)：大飛機(jī)戰(zhàn)略下的國產(chǎn)機(jī)遇

中國商飛《2024-2043市場(chǎng)預(yù)測(cè)年報(bào)》指出，未來20年國內(nèi)將新增9284架噴氣客機(jī)，其中 C919等國產(chǎn)機(jī)型的復(fù)合材料用量占比達(dá)12%-15%。以C919為例，其雷達(dá)罩采用玻璃纖維復(fù)合材料，艙門使用芳綸蜂窩結(jié)構(gòu)，這些部件的鋪放工序已部分實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化設(shè)備替代（來源：中國商飛官網(wǎng)2024年發(fā)布）。

地方產(chǎn)業(yè)政策也在加速布局。2024年江蘇省發(fā)布的《復(fù)合材料裝備專項(xiàng)規(guī)劃》明確，到2026 年實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)鋪帶機(jī)市場(chǎng)占有率超50%，鋪絲機(jī)關(guān)鍵部件國產(chǎn)化率達(dá)70%。在此背景下，中復(fù)神鷹、威海光威等企業(yè)已獲得合計(jì)12億元的設(shè)備研發(fā)補(bǔ)貼（來源：江蘇省工信廳2024年公示文件）。

四、未來展望：技術(shù)融合與場(chǎng)景拓展

（1）技術(shù)突破方向

智能化與數(shù)字化是核心趨勢(shì)。德國BSD公司2024年推出的 “數(shù)字孿生鋪絲系統(tǒng)”，可通過實(shí)時(shí)仿真預(yù)判材料褶皺風(fēng)險(xiǎn)，使廢品率降低25%（來源：BSD公司2024年技術(shù)白皮書）。國內(nèi)高校如西北工業(yè)大學(xué)，正研發(fā)基于機(jī)器視覺的缺陷在線檢測(cè)技術(shù)，預(yù)計(jì)2025年可實(shí)現(xiàn)鋪放過程中缺紗、夾雜等缺陷的實(shí)時(shí)識(shí)別（來源：西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院2024年科研進(jìn)展）。

（2）應(yīng)用場(chǎng)景延伸

除航空領(lǐng)域外，風(fēng)電、新能源汽車正成為鋪放設(shè)備的新興市場(chǎng)。金風(fēng)科技2024年宣布，其 16MW風(fēng)機(jī)葉片采用碳纖維復(fù)合材料，通過機(jī)器人鋪放技術(shù)使葉片重量減輕18%（來源：金風(fēng)科技2024年新品發(fā)布會(huì)）。特斯拉則在4680電池殼體生產(chǎn)中，試用預(yù)浸帶鋪放工藝，推動(dòng)設(shè)備向低成本、高速度方向迭代（來源：《新能源汽車材料》2024年第3期）。

（3）國產(chǎn)替代路徑

短期看，國內(nèi)企業(yè)可通過“差異化競(jìng)爭(zhēng)” 突破：在鋪帶機(jī)等技術(shù)成熟領(lǐng)域擴(kuò)大市場(chǎng)份額，在鋪絲機(jī)領(lǐng)域聚焦中小規(guī)格機(jī)型。長期則需攻克核心部件，如北京航空材料研究院2024年研制的磁懸浮張力器，性能已接近法國Coriolis水平，有望2026年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)（來源：北航材料院2024年成果轉(zhuǎn)化報(bào)告）。

從美國60年代的首臺(tái)鋪帶機(jī)，到中國當(dāng)下的國產(chǎn)設(shè)備攻堅(jiān)，鋪放技術(shù)的發(fā)展始終與航空工業(yè)的需求同頻共振。隨著復(fù)合材料應(yīng)用場(chǎng)景的持續(xù)拓展，鋪放設(shè)備正從 “航空專屬” 走向 “多領(lǐng)域通用”，而中國企業(yè)能否在這一輪技術(shù)革命中實(shí)現(xiàn)彎道超車，既需要產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同，更離不開長期主義的技術(shù)投入。