纖維纏繞最早開發于20世紀40年代末，是最原始的復合材料制造工藝之一，通常用于制造輕質、高性能的結構件，如壓力容器、管道、船的桅桿和天線桿等等。

 

       近年來，隨著市場對于纏繞速度、性價比、生產規模和結構復雜性的要求越來越高，人們對這一工藝及其所能開發產品的興趣不斷增加。纖維纏繞有很多應用，但如果要將其作為一種可行的制造方法，特別是應用到規模化的汽車工業中，必須要做到更快和更精確。

 

 

       傳統的纖維纏繞是將纖維在張力作用下纏繞在旋轉的芯軸上以獲取所需形態。一般是先用樹脂將纖維浸潤，然后立即將其纏到芯軸上，但現在越來越多的機器也可直接纏繞預浸窄帶、單絲預浸帶或干態纖維。將這一工藝與機器人技術相結合，也使其能更靈活地制造不同尺寸和形狀的構件，包括小型飛機翼梁和機身、汽車輪轂、防撞護欄和風力發電機組。

 

       芯軸本身是一個重要的考量因素。它可以被繼續保留部件內，比如留在汽車部件里幫助抵抗沖擊；也可以在生產完成后將其抽出，比如在制造桅桿時。

 

       三年前，泰斯金普與曼徹斯特大學合作進行了一個大型研究項目，開發了一系列技術，利用機器人技術和自動化技術突破了纖維纏繞所能達到的極限，從而提高生產速度、張力和精度。

 

       在這項工作中開發的第一個技術是三維（3D）纏繞設備：一種基于9軸機器人纏繞概念的纏繞設備，由Prasad Potluri教授首先開發，旨在生產截面和形狀不同的復雜零件。這臺高速多頭設備將旋轉和纖維喂入結合在一個機械裝置上，該機械裝置圍繞在一個靜態芯軸上自動移動，并在此過程中進行纏繞。多個工作頭或錠位（每一個帶一卷筒紗）安裝在一個旋轉環上。環的大小及其所安裝工作頭的數量是可擴展的，且取決于所生產構件的尺寸。該設備可以容納多達16個筒紗，這意味著它可以纏繞各種構件，從航空航天燃料管道到汽車防撞梁，到氫燃料電池和油氣管道，再到風力渦輪機組葉片和飛機機身。通過安裝多個喂紗機構，還可以對通常相對緩慢的工藝進行提速。該設備能夠以1千克/分鐘的速度纏繞碳纖維，這意味著它可以在幾分鐘內纏繞一個飛機翼梁。

 

       三維纏繞設備的一個關鍵特征是它能夠以更高的精度來處理更加復雜和彎曲形狀的構件。開發它的靈感來自于航空飛行器的進氣管，它是一個復雜的彎曲部件，長度約為3米，其一端大而圓，另一端則過渡到較小的方形。三維纏繞設備可以匹配這種復雜性，相比固定式纏繞機，移動式纏繞可以提供更多的自由度。

 

       公司最初認為三維纏繞設備更像是編織機，因為它配有旋轉筒紗的大型轉環讓人想起了編織技術。但后來發現，可以生產出一種比編織材料更強、剪切力更小的非卷曲材料。

 

       泰斯金普為開發三維纏繞設備所做的工作范圍非常廣泛，使其擁有了大量的知識儲備，從而能進一步開發出另外兩種不太復雜但對市場同樣有用的纖維纏繞設備。

 

       其中一款是機器人纖維纏繞機，它保留了傳統的纖維纏繞架構，即芯軸旋轉，但其位置固定，喂紗裝置位于機械臂上，可使纖維能從多個運動軸向喂入。兩者都可將驅動式紗架結合到機器人上，這樣可讓每個錠位或軸向的張力單獨調整，以控制紗線喂入，保證成品的精度和一致性。這也意味著每次喂紗的速度可以改變，以提供更高的分辨率來處理更小尺度的特征或復雜的幾何構造。

 

        另一項技術于2019年推出，是一種四軸纏繞機。這臺機器適用于更廣闊的市場，但仍保留了公司的技術專長，包括優化的幾何結構、減少的接觸點數和正確的表面處理方式。

 

       公司現在的研發重點是將纖維纏繞設備與產品庫中的其他設備相結合，進一步擴展這項技術的功能。公司使用了纖維退繞紗架、自動裝卸、樹脂混合、數據記錄和視頻質量檢查技術，以消除纖維損壞的可能性，實現全工序的可追溯性，達到工業4.0標準。

 

       公司已經在生產高速預浸和分切設備，并能夠將這些技術與自身的纖維纏繞技術整合在一起。同時也已經開始為客戶提供纖維纏繞的試機服務，所使用的熱塑預浸帶是在公司研發中心的熱塑性實驗線上生產的。這將使客戶能夠制造在高溫下工作的復雜部件，使之更適用于航空航天方面的應用。

 

       事實證明，泰斯金普在研發方面的長期投入是其在全球市場上有效競爭的優勢所在。邀請客戶到公司先進的展廳和開發中心試用公司的設備，可以與客戶之間建立一種信任和可持續的合作關系，并持續推動這一高水平的產品密集開發。