先進(jìn)復(fù)合材料因其性能優(yōu)異，在航空航天、艦船、交通運(yùn)輸、建筑、體育運(yùn)動(dòng)以及能源等行業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。因復(fù)合材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式、服役載荷和使用環(huán)境復(fù)雜，微小的缺陷經(jīng)跨層次的蔓延生長(zhǎng)可導(dǎo)致構(gòu)件的失效，故其安全性和可靠性是其應(yīng)用中首要考慮的內(nèi)容[1]。為提高復(fù)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(fù)合材料成型自動(dòng)化是復(fù)合材料成型技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

復(fù)合材料自動(dòng)化成型技術(shù)及應(yīng)用

自1985年以來(lái)，自動(dòng)化成型技術(shù)在復(fù)合材料制造業(yè)中的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，已經(jīng)逐漸滲透到復(fù)合材料設(shè)計(jì)和制造的各個(gè)領(lǐng)域（纏繞成型、自動(dòng)鋪放成型、拉擠、編織、縫合和RTM等），在推動(dòng)復(fù)合材料設(shè)計(jì)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(dá)成廣泛共識(shí)[2]。復(fù)合材料成型自動(dòng)化不僅提高了復(fù)合材料構(gòu)件的生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，而且通過(guò)對(duì)成型工藝參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)的精確控制，可以極大地提高復(fù)合材料構(gòu)件質(zhì)量的可靠性和穩(wěn)定性。復(fù)合材料自動(dòng)化成型技術(shù)作為將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料和制造連接一體的紐帶和橋梁，將機(jī)械制造技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、軟件技術(shù)等多個(gè)學(xué)科技術(shù)引進(jìn)到復(fù)合材料成型過(guò)程，尤其適合手工成型難以完成的大尺寸、超大尺寸以及復(fù)雜形面結(jié)構(gòu)件的成型。

目前為止，國(guó)外復(fù)合材料自動(dòng)化成型技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。以自動(dòng)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(yīng)用，如航天載荷適配器、整流罩、燃料儲(chǔ)箱、機(jī)翼、尾翼、垂尾、進(jìn)氣道、中央翼盒等[3-6]。

國(guó)內(nèi)復(fù)合材料自動(dòng)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(dòng)復(fù)合材料自動(dòng)化成型技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用與發(fā)展，在激光鋪層定位、自動(dòng)鋪帶、纖維纏繞、自動(dòng)鋪絲等技術(shù)的工程應(yīng)用研究取得了階段性進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)自動(dòng)化成型的工程應(yīng)用。

航天復(fù)合材料自動(dòng)化成型關(guān)鍵技術(shù)

1 自動(dòng)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(fù)雜型面的小型構(gòu)件成型，甚至像B-2轟炸機(jī)及一些通用飛機(jī)的制造也采用了大量手工鋪層工序[7]。如何通過(guò)數(shù)字化手段提高手工鋪層的構(gòu)件質(zhì)量和勞動(dòng)效率，充分發(fā)揮手工鋪貼在蒙皮厚度調(diào)整、局部加強(qiáng)、金屬加強(qiáng)片嵌入、加強(qiáng)筋增強(qiáng)以及蜂窩夾芯區(qū)等方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是手工鋪層技術(shù)的研究熱點(diǎn)。

航天材料及工藝研究將復(fù)合材料自動(dòng)下料與激光鋪層定位技術(shù)引進(jìn)到復(fù)合材料手工成型過(guò)程中，通過(guò)對(duì)數(shù)控下料機(jī)、激光投影設(shè)備以及輔助設(shè)計(jì)制造軟件的綜合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料構(gòu)件數(shù)字化輔助人工鋪放。采用復(fù)合材料構(gòu)件設(shè)計(jì)制造軟件將構(gòu)件的三維實(shí)體數(shù)模展開(kāi)生成鋪層排料的二維數(shù)據(jù)，生成復(fù)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(jī)進(jìn)行自動(dòng)下料，并借助激光定位系統(tǒng)在預(yù)先固定好的模具上顯示鋪層輪廓和軸線，保證在鋪疊過(guò)程中的準(zhǔn)確定位。

采用自動(dòng)下料和激光鋪層定位技術(shù)輔助進(jìn)行手工鋪層技術(shù)，下料準(zhǔn)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(dòng)強(qiáng)度，提高手工成型的生產(chǎn)效率，對(duì)操作人員的技藝水平和施工經(jīng)驗(yàn)要求顯著下降。