美國(guó)航空航天制造商通用原子能航空系統(tǒng)公司(GA-ASI)正在開(kāi)發(fā)一種新型熱塑性復(fù)合材料構(gòu)件制造系統(tǒng),該系統(tǒng)無(wú)需采用傳統(tǒng)的工具,有望在航空、航天等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
目前該制造系統(tǒng)尚未正式命名,系統(tǒng)包括兩個(gè)協(xié)同工作的6軸機(jī)器人、支撐裝置、計(jì)算設(shè)備、成像系統(tǒng)等。兩個(gè)機(jī)器人中,其中一個(gè)機(jī)器人包含單向自動(dòng)鋪帶頭,執(zhí)行自動(dòng)鋪帶功能,通過(guò)激光加熱逐層原位固結(jié)熱塑性材料;第二個(gè)機(jī)器人起到“支撐”作用,通常置于自動(dòng)鋪帶機(jī)器人的鏡像位置,可在三維空間內(nèi)移動(dòng),其機(jī)械臂的自由端包含一個(gè)支撐面,可為熱塑性復(fù)合材料構(gòu)件的制造提供模具。自動(dòng)鋪帶機(jī)器人將帶材放在模具內(nèi),鋪帶頭和支撐頭可在三維空間內(nèi)同時(shí)移動(dòng)來(lái)鋪放材料。整個(gè)制造系統(tǒng)中,支撐裝置還包括一個(gè)桁架畫(huà)框結(jié)構(gòu),帶材放置的該結(jié)構(gòu)內(nèi),且每條帶材的每一端都固定在框架上,該結(jié)構(gòu)可依據(jù)不同的應(yīng)用程序而設(shè)置不同的形狀,在構(gòu)件制造過(guò)程中,這一結(jié)構(gòu)有時(shí)是固定的,有些是可以移動(dòng)的。此外,帶材可由機(jī)器人操縱,以改變?nèi)S空間內(nèi)的方向,構(gòu)建輪廓和復(fù)雜的形狀。
GA-ASI公司的創(chuàng)新領(lǐng)導(dǎo)者/高級(jí)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員John Geriguis表示,該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工作目前仍在進(jìn)行中,公司一直在致力于軟件系統(tǒng)的優(yōu)化,以更好的控制機(jī)器人的操作。他還表示,整個(gè)過(guò)程高度依賴于一種基于照相機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng),可在鋪放過(guò)程中對(duì)材料等缺陷進(jìn)行檢測(cè);由美國(guó)Trilion Quality Systems公司為GA-ASI開(kāi)發(fā)的實(shí)時(shí)虛擬裝配工具(RVAT)系統(tǒng),通過(guò)將在制品結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)的CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,然后動(dòng)態(tài)調(diào)整鋪帶過(guò)程,以保持符合設(shè)計(jì)規(guī)范。
John Geriguis表示,GA-ASI已經(jīng)使用該系統(tǒng)對(duì)若干種熱塑性樹(shù)脂材料進(jìn)行了評(píng)估,該系統(tǒng)適用于增強(qiáng)型(如纖維)、非增強(qiáng)型等多種熱塑性材料,如聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚砜(PES)等。在材料鋪放過(guò)程中,也采用了多種持續(xù)加熱和/或冷卻工藝。
Geriguis表示,該制造系統(tǒng)可以有效地用于飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼結(jié)構(gòu)件,以及風(fēng)力渦輪機(jī)葉片等的制造。到目前為止,除了通用原子能航空系統(tǒng)公司外,該系統(tǒng)的研發(fā)也引起來(lái)NASA的高度關(guān)注,具有在太空環(huán)境中應(yīng)用的潛力。