美國航空航天制造商通用原子能航空系統公司(GA-ASI)正在開發一種新型熱塑性復合材料構件制造系統,該系統無需采用傳統的工具,有望在航空、航天等領域得到應用。
目前該制造系統尚未正式命名,系統包括兩個協同工作的6軸機器人、支撐裝置、計算設備、成像系統等。兩個機器人中,其中一個機器人包含單向自動鋪帶頭,執行自動鋪帶功能,通過激光加熱逐層原位固結熱塑性材料;第二個機器人起到“支撐”作用,通常置于自動鋪帶機器人的鏡像位置,可在三維空間內移動,其機械臂的自由端包含一個支撐面,可為熱塑性復合材料構件的制造提供模具。自動鋪帶機器人將帶材放在模具內,鋪帶頭和支撐頭可在三維空間內同時移動來鋪放材料。整個制造系統中,支撐裝置還包括一個桁架畫框結構,帶材放置的該結構內,且每條帶材的每一端都固定在框架上,該結構可依據不同的應用程序而設置不同的形狀,在構件制造過程中,這一結構有時是固定的,有些是可以移動的。此外,帶材可由機器人操縱,以改變三維空間內的方向,構建輪廓和復雜的形狀。
GA-ASI公司的創新領導者/高級產品開發人員John Geriguis表示,該系統的開發工作目前仍在進行中,公司一直在致力于軟件系統的優化,以更好的控制機器人的操作。他還表示,整個過程高度依賴于一種基于照相機的現場檢測系統,可在鋪放過程中對材料等缺陷進行檢測;由美國Trilion Quality Systems公司為GA-ASI開發的實時虛擬裝配工具(RVAT)系統,通過將在制品結構與設計的CAD數據進行比較,然后動態調整鋪帶過程,以保持符合設計規范。
John Geriguis表示,GA-ASI已經使用該系統對若干種熱塑性樹脂材料進行了評估,該系統適用于增強型(如纖維)、非增強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。在材料鋪放過程中,也采用了多種持續加熱和/或冷卻工藝。
Geriguis表示,該制造系統可以有效地用于飛機機身、機翼結構件,以及風力渦輪機葉片等的制造。到目前為止,除了通用原子能航空系統公司外,該系統的研發也引起來NASA的高度關注,具有在太空環境中應用的潛力。