先進復合材料因其性能優(yōu)異，在航空航天、艦船、交通運輸、建筑、體育運動以及能源等行業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應用。因復合材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式、服役載荷和使用環(huán)境復雜，微小的缺陷經(jīng)跨層次的蔓延生長可導致構(gòu)件的失效，故其安全性和可靠性是其應用中首要考慮的內(nèi)容[1]。為提高復合材料構(gòu)件質(zhì)量的可靠性和穩(wěn)定性，減少人為因素的影響，復合材料成型自動化是復合材料成型技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

復合材料自動化成型技術(shù)及應用

自1985年以來，自動化成型技術(shù)在復合材料制造業(yè)中的應用范圍不斷擴大，已經(jīng)逐漸滲透到復合材料設計和制造的各個領(lǐng)域（纏繞成型、自動鋪放成型、拉擠、編織、縫合和RTM等），在推動復合材料設計和制造技術(shù)發(fā)展、降低構(gòu)件制造成本中的巨大作用已達成廣泛共識[2]。復合材料成型自動化不僅提高了復合材料構(gòu)件的生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，而且通過對成型工藝參數(shù)和技術(shù)指標的精確控制，可以極大地提高復合材料構(gòu)件質(zhì)量的可靠性和穩(wěn)定性。復合材料自動化成型技術(shù)作為將結(jié)構(gòu)設計、材料和制造連接一體的紐帶和橋梁，將機械制造技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、傳感器技術(shù)、軟件技術(shù)等多個學科技術(shù)引進到復合材料成型過程，尤其適合手工成型難以完成的大尺寸、超大尺寸以及復雜形面結(jié)構(gòu)件的成型。

目前為止，國外復合材料自動化成型技術(shù)已經(jīng)相當成熟。以自動鋪放技術(shù)為例，已在多種航空航天器的各種結(jié)構(gòu)件上得到應用，如航天載荷適配器、整流罩、燃料儲箱、機翼、尾翼、垂尾、進氣道、中央翼盒等[3-6]。

國內(nèi)復合材料自動化成型技術(shù)發(fā)展較晚，航天材料及工藝研究所積極推動復合材料自動化成型技術(shù)在國內(nèi)的應用與發(fā)展，在激光鋪層定位、自動鋪帶、纖維纏繞、自動鋪絲等技術(shù)的工程應用研究取得了階段性進展，實現(xiàn)了多項自動化成型的工程應用。

航天復合材料自動化成型關(guān)鍵技術(shù)

1 自動下料與激光鋪層定位技術(shù)

目前，手工鋪層仍被廣泛使用，尤其適合一些復雜型面的小型構(gòu)件成型，甚至像B-2轟炸機及一些通用飛機的制造也采用了大量手工鋪層工序[7]。如何通過數(shù)字化手段提高手工鋪層的構(gòu)件質(zhì)量和勞動效率，充分發(fā)揮手工鋪貼在蒙皮厚度調(diào)整、局部加強、金屬加強片嵌入、加強筋增強以及蜂窩夾芯區(qū)等方面的技術(shù)優(yōu)勢，是手工鋪層技術(shù)的研究熱點。

航天材料及工藝研究將復合材料自動下料與激光鋪層定位技術(shù)引進到復合材料手工成型過程中，通過對數(shù)控下料機、激光投影設備以及輔助設計制造軟件的綜合運用，實現(xiàn)了復合材料構(gòu)件數(shù)字化輔助人工鋪放。采用復合材料構(gòu)件設計制造軟件將構(gòu)件的三維實體數(shù)模展開生成鋪層排料的二維數(shù)據(jù)，生成復合材料構(gòu)件各鋪層的2D輪廓數(shù)據(jù)，并將輪廓信息輸入至數(shù)控剪裁機進行自動下料，并借助激光定位系統(tǒng)在預先固定好的模具上顯示鋪層輪廓和軸線，保證在鋪疊過程中的準確定位。

采用自動下料和激光鋪層定位技術(shù)輔助進行手工鋪層技術(shù)，下料準確度顯著提高，降低了鋪層取向誤差，產(chǎn)品質(zhì)量可以有效保證，可提高成型構(gòu)件質(zhì)量的穩(wěn)定性，而且降低了勞動強度，提高手工成型的生產(chǎn)效率，對操作人員的技藝水平和施工經(jīng)驗要求顯著下降。