通用原子公司突破：无工装热塑性复合材料工艺

双机器人协作系统，一台机器人施加碳纤维/热塑性带，另一台同时提供可移动的工装表面

据复合材料世界杂志2月消息，航空航天制造商通用原子航空系统公司（GA-ASI）正在开发一种用于制造热塑性复合结构的新工艺，该工艺不需要传统的模具或工装。这套系统有望应用于航空航天、天空、海洋和风能终端市场。

无工装工艺尚未正式命名，它使用两个6轴机器人协同工作，将热塑性纤维带铺放在金属或类似框架内的开放空间中，框架为正在制造的结构提供边界（如上图所示）。复合材料自动化公司使用Mikrosam公司的设备，与GA-ASI合作开发了自动化系统。

一个机器人由标准的单向带铺放系统组成，该系统提供激光加热以执行热塑性材料的原位固结。第二个“支撑”机器人直接在自动铺带层（ATL）对面工作，由平坦的金属表面组成，它实际上提供了一个可移动的工装表面，ATL将纤维带铺放在其上。因此，铺带头和支撑头一起移动通过3D空间并铺放材料。铺放的每个纤维带的每一端都固定在框架上，根据应用对象不同，框架可呈现各种形状。此外，纤维带可以由机器人操纵以改变3D空间内的方向，从而构建弯曲的和复杂的形状。

GA-ASI的创新领导者/先进产品开发部门的约翰·盖里吉斯（John Geriguis），已经与制造工程经理亚当·琼斯（Adam Jones）和设计工程师保罗·舍曼（Paul Sherman）合作了四年。他表示，该工艺的开发正在进行中，并指出公司仍在努力优化引导机器人的软件系统。他还表示，该工艺高度依赖于基于摄像头的原位检测系统，该系统可在铺放过程中检测材料和其他缺陷；该系统称为“实时虚拟装配工具”（RVAT），由Trilion 质量系统公司为GA-ASI开发，旨在将制造后的结构与设计的CAD数据进行比较，然后即时实施纤维带铺放调整，以保持与设计规范的符合性。

盖里吉斯表示，GA-ASI评估了几种使用该工艺的热塑性树脂体系，包括聚醚醚酮（PEEK）。然而，Geriguis报告称，公司在东丽旗下的TenCate先进复合材料公司Cetex TC1225低熔点聚芳醚酮（PAEK）上使用东丽的碳纤维增强取得了最大的成功。

GA-ASI已为该工艺申请美国专利，但盖里吉斯表示：“这主要是为了保护公司对该技术的使用。事实上，我们希望其他人会合作并帮助开发这项技术使其成熟。”

到目前为止，在通用原子航空公司之外，对该工艺感兴趣的就是NASA，Geriguis表示，NASA看到了它在太空环境中用于建造结构的潜力。他还认为，该工艺可以有效用于制造飞行器机身和机翼结构，以及风力涡轮机叶片和海军舰艇。

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