一個示范的汽車預成型件

在降低復合材料部件的生產成本、縮短生產節拍的競爭中，自動化技術已成功地將裁切、成型和加工轉變成更適合工業化生產的工藝流程。然而，就在不久前，為成型三維部件而制備增強材料的預成型生產步驟，似乎依然是一個生產瓶頸：這是一個復雜、步驟較多且通常為人工操作的加工過程。最近3年來，能夠實現自動化預成型的新興技術已越來越多，得益于機器人技術與自動化的帶鋪放(ATL)或自動化的纖維鋪放(AFP)技術的結合，這些技術最終走向成熟，并實現了商業化應用。

2015年，為航空航天工業提供專用生產系統的德國Broetje Automation公司推出了其STAXX Compact 1700自動化AFP工作單元，用于生產近凈形狀的預成型件。

“當我們開始開發時，已有許多公司重點在為航空航天工業開發自動化的纖維鋪放技術。”Broetje Automation的子公司——德國BA復合材料有限公司的副總裁 Matthias Meyer博士介紹說，“所以，我們將開發的重點放在了汽車和工業領域，同時還注重采用低成本的材料——碳纖維預浸絲(towpreg)。”

這也促使該單元被設計成為一種封閉的、可以自動調節溫度的加工單元，它擁有3m(寬)× 6.5m (長)× 3m (高)的緊湊尺寸，因而可以在幾乎任何工廠中快速投入生產。

Meyer對碳纖維預浸絲(towpreg)的定義是：采用典型的環氧樹脂基體浸漬的碳纖維粗紗，并指出，STAXX還能夠加工適用于后續液體成型的粘結劑干纖維，或者加工一種熱塑性的材料。它們在預成型后，可以通過簡單的熱成型變成最終的部件。

STAXX 還可以加工切割好的窄條預浸帶，因為它能去除背襯膜，但它的使用同時也增加了成本，因為需要后預浸分切操作。

STAXX Compact 1700配有：兩個料卷盒，每一個可容納16卷碳纖維預浸絲(towpreg);一個AFP頭，它配有一個緊湊的夾緊/切割/再啟動裝置;一個轉臺。

STAXX Compact 1700提供40m/min的材料進給速度，鋪層速度是30kg/h,臺板尺寸(部件的鋪層面積)是1525mm×900mm。相比50%的廢品率，它還可以實現不到5%的廢品率。

轉臺和對鋪層坯料的構建看起來類似于德國迪芬巴赫的Fiberforge RELAY Station。但Meyer聲稱，迪芬巴赫的RELAY采用的是帶有超聲波點焊的自動鋪帶(ATL)技術，而不是連續壓實的AFP，而且STAXX的轉臺還能夠在Z軸方向運行500mm，這使得集成三明治芯材和專用嵌件成為可能。

“正因如此，我們采用了一種零點夾緊系統。”Meyer補充道，“無論是人工操作，還是通過機器人實現自動化的拾取-鋪放，你可以將臺板取出來，非常精確地將嵌件裝到其上，然后以不到0.1mm的公差把它放回單元中。”

他表示，對于AFP而言，雖然這是新的做法，但這種做法在金屬切削行業中早已成為一種標準，因此，大部分的CNC控制被設計到了STAXX之中。比如，STAXX有兩個臺板，當向一個臺板擺放部件時，另一個臺板同時在完成鋪層操作，由此而最大程度地增加了產出。

Meyer還表示，一個很大的優勢是，它為纖維取向帶來了設計自由度。“STAXX可以按0°～180°之間的任何角度鋪放纖維，按0.01°遞增。”

成型的部件(圖片來自Broetje Automation)

到目前為止，STAXX示范生產的部件有汽車的通道、地板和B柱。“我們已經證明，我們能夠用單獨一臺機器，每年生產10萬個用于豪華轎車的B柱。我們還制造航空部件，如肋、夾板和支架等，以及工業部件。”

作者：GINGER GARDINER