美国通用原子能航空系统公司开发新型热塑性复合材料构件制造系统

美国航空航天制造商通用原子能航空系统公司(GA-ASI)正在开发一种新型热塑性复合材料构件制造系统,该系统无需采用传统的工具,有望在航空、航天等领域得到应用。

目前该制造系统尚未正式命名,系统包括两个协同工作的6轴机器人、支撑装置、计算设备、成像系统等。两个机器人中,其中一个机器人包含单向自动铺带头,执行自动铺带功能,通过激光加热逐层原位固结热塑性材料;第二个机器人起到“支撑”作用,通常置于自动铺带机器人的镜像位置,可在三维空间内移动,其机械臂的自由端包含一个支撑面,可为热塑性复合材料构件的制造提供模具。自动铺带机器人将带材放在模具内,铺带头和支撑头可在三维空间内同时移动来铺放材料。整个制造系统中,支撑装置还包括一个桁架画框结构,带材放置的该结构内,且每条带材的每一端都固定在框架上,该结构可依据不同的应用程序而设置不同的形状,在构件制造过程中,这一结构有时是固定的,有些是可以移动的。此外,带材可由机器人操纵,以改变三维空间内的方向,构建轮廓和复杂的形状。

 GA-ASI公司的创新领导者/高级产品开发人员John Geriguis表示,该系统的开发工作目前仍在进行中,公司一直在致力于软件系统的优化,以更好的控制机器人的操作。他还表示,整个过程高度依赖于一种基于照相机的现场检测系统,可在铺放过程中对材料等缺陷进行检测;由美国Trilion Quality Systems公司为GA-ASI开发的实时虚拟装配工具(RVAT)系统,通过将在制品结构与设计的CAD数据进行比较,然后动态调整铺带过程,以保持符合设计规范。

 John Geriguis表示,GA-ASI已经使用该系统对若干种热塑性树脂材料进行了评估,该系统适用于增强型(如纤维)、非增强型等多种热塑性材料,如聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚砜(PES)等。在材料铺放过程中,也采用了多种持续加热和/或冷却工艺。

 Geriguis表示,该制造系统可以有效地用于飞机机身、机翼结构件,以及风力涡轮机叶片等的制造。到目前为止,除了通用原子能航空系统公司外,该系统的研发也引起来NASA的高度关注,具有在太空环境中应用的潜力。