自动化的预成型不只适用于2D和2.5D部件,在瞄准“按生产的速度来构建3D预成型件”的努力中,创新者们正在走向成功。

另一项无需更多成形步骤即可实现真正3D预成型件的工艺已被COPRO Technology公司(德国Braunschweig)开发出来。COPRO Technology公司在与空客和航空复合材料供应商们合作、为飞机门框的预成型件开发自动化的技术研究方面脱颖而出,其专利的连续工艺现已扩展应用到了机身框架、机翼和尾翼纵梁中,以及非航空部件,如汽车的门槛和支柱、风机叶片梁以及用于拖车和工业机械的车架中。

这项工艺采用辊轮(rollers)来对增强材料的层进行送料、成形和固结,从而消除了预成型模具,并可实现型材(profiles)的快速生产,C形、T形和Z形轮廓的型材以及典型的闭合形状都可以实现,而拥有变曲率、变截面、变宽度和变厚度的形状也同样如此。“我们采用像金属行业使用的一样的辊压方式来成形,但我们能够制成更复杂的形状。” COPRO Technology公司的董事总经理Henrik Borgwardt说。

“输入的增强材料取决于型材的形状和结构设计,但对于桁条和横梁而言,我们能够在一个辊压中使用任何东西。辊轮坐落在直线轨道上,以便可以从一边移动到另一边,以此来改变型材的宽度和锥度。”如图3所示。COPRO Technology公司的共同创始者 Arne Stahl说,“我们还用这种方法实现了啮合(joggles)。”啮合(Joggles)是指在型材的形状中出现的凸起或局部变化,以使其在整个厚度的变化中与所配合的表面相贴合(即纵梁对应翼板)。

汽车复合材料预成型走向工业化:连续的3D预成型件加工生产线-复合材料网
图3 连续地加工复杂的部件:在COPRO Technology公司(德国Braunschweig)的连续预成型工艺中,安装在直线导轨上的相对应的辊轮,被用于改变粘结剂粘接的干织物或预浸料的宽度、锥度和横截面,使之成为C形、T形、Z形和闭合形的预成型件,同时还实现了啮合(图片来自COPRO Technology GmbH)

“辊轮为固结提供了压实效果,我们采用红外加热来使粘结剂粘接的干织物或预浸料得到固结。”Borgwardt说,“我们还采用了感应加热来缩短加工时间,以及将其用于较厚的层压材料。”COPRO Technology公司以400mm/s的速度加工了多达10层的直型材和多达4层的曲面型材,以及以50mm/s的速度加工了更复杂的形状,如门围框,它使用了多达3层的双轴和三轴无卷曲织物(即±45°或±45°/90°)。

COPRO方法可处理局部成形,但它能提供局部增强吗?“我们可以像一个ATL头一样,启动和停止输入带。”Stahl说,“我们也针对桁条法兰做了同样的工作,0°单丝(unis)从附加一侧的纱轴送入,或者在实现啮合前启动额外的层并在实现啮合后停止。我们还可以与拾取-铺放机器人相结合,用于其他类型的补片。”