自動鋪帶技術

複合材料構件在各個領域的大量套用得益於自動成型技術在複合材料設計和製造過程的廣泛套用。1985年開始，自動化成型技術已逐漸滲透到複合材料設計和製造的各個領域(纏繞成型、自動鋪放成型（鋪帶、鋪絲）、拉擠、編織、縫合和RTM等等)，其在推動複合材料設計和製造技術發展、降低構件製造成本中的巨大作用已達成廣泛共識。複合材料成型自動化不僅大大提高了複合材料構件的生產效率，降低了生產成本，而且通過對成型工藝參數和技術指標的精確控制，極大提高複合材料構件質量的可靠性和穩定性，並為複合材料構件製造系統的整體最佳化奠定了基礎。

基本介紹

• 中文名：自動鋪帶機
• 外文名：Automated Tape Laying
• 別稱：ATL
• 提出時間：1985年
• 套用學科：自動鋪帶技術
• 適用領域範圍：複合材料

簡介

隨著複合材料在飛機上套用比例的逐步增大，複合材料構件尺寸也隨之增加，傳統手工鋪疊的方法已經遠遠不能滿足大尺寸結構件研製生產的需要。當複合材料零件尺寸較大時，人工鋪疊難度相應增大、成型效率低、產品質量也難以保障，因此，相應的自動鋪帶技術（Automated Tape Laying，ATL）技術應運而生

自動鋪帶技術是歐美國家廣泛發展和套用的自動化成型技術之一，集預浸帶剪裁、定位、鋪疊、壓實等功能於一體，且具有工藝參數控制和質量檢測功能的集成化數控成型技術。它涉及自動鋪放裝備技術、預浸料切割技術、鋪放CAD/CAM技術、自動鋪放工藝技術、鋪放質量監控、模具技術、成本分析等多個研究方向。

20世紀60年代中期，複合材料自動化成型技術開始湧現，美國率先在先進複合材料製造領域開發自動鋪帶技術，並實現人工輔助鋪帶到全自動鋪帶的轉型。80年代以後，自動鋪帶技術開始廣泛套用於商業飛機的製造領域。歐美航空製造商將自動鋪帶技術廣泛套用於多種飛機型號，主要包含F-22(機翼)、波音777(全複合材料尾翼、水平和垂直安定面蒙皮)C-17(水平安定面蒙皮)、V-22(旋翼蒙皮)空中客車A330/空中客車A340(水平安定面蒙皮)和空中客車A380(安定面蒙皮、中央翼盒)等。經90年代的蓬勃發展，自動鋪帶技術在成型設備、軟體開發、鋪放工藝和原材料標準化等方面得以深入發展，並在大型飛機(波音787，空中客車A400M軍用運輸機，空中客車A350)得以更加廣泛的套用。

自動鋪帶技術研究

自動鋪帶機主要分為兩類：11軸龍門式自動鋪帶機和專用自動鋪帶機。與一般複合材料自動化成型技術(拉擠、纏繞、模壓、RTM、編織等)不同，自動鋪帶機不僅要精確控制鋪帶頭運動軌跡，而且要實現鋪帶頭內部預浸帶輸送、鋪放和切割等運動，並可對預浸帶質量(寬度、夾雜、缺紗等)、預浸帶進給、切割質量、成型溫度、成型壓力和鋪帶間隙等技術指標進行精確控制。故自動鋪帶機不但需要明顯高於其他複合材料自動化設備的加工精度和運行平穩，而且需要更強大的控制功能和靈活性(多軸插補、多I/O控制點、多模擬量控制)。

歐美各自動鋪帶機製造商據此開發了自動鋪帶設備數控系統，並根據現有鋪帶機的不足，設計並製造各種新型鋪帶成型設備。美國Cincinnati公司採用開放式數控系統CMl00開發自動鋪帶設備；西班M-Torres公司以通用的FANUC30i數控系統為平台，開發最大控制軸數為11的自動鋪帶數控系統Toerrslayup；法國Forest—line公司以Siemens840D為平台開發自動鋪帶控制系統。波音公司針對現有鋪帶機鋪放效率仍顯不足的現狀，開發多鋪放頭鋪帶機，M-Torres公司則就此問題研發多帶平行鋪放鋪帶系統Forest-line公司針對鋪帶機切割效率低下的技術壁壘，研製雙頭兩步鋪帶成型統。