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Festo伺服驅(qū)動用于碳纖維復(fù)合材料研制
點(diǎn)擊次數(shù)：851 發(fā)布時間：2013-1-15
zui近，英國曼徹斯特大學(xué)材料學(xué)院與自動化廠商Festo公司合作研制了一臺用于碳纖維復(fù)合材料生產(chǎn)的機(jī)器人鋪設(shè)機(jī)。作為一個開發(fā)平臺，該設(shè)備融入了許多頗具革命性的創(chuàng)新理念，其研制者也希望藉此為碳纖維制造業(yè)樹立新的標(biāo)準(zhǔn)。該設(shè)備*基于Festo公司的驅(qū)動和控制產(chǎn)品，具有三維的工作包絡(luò)線，能夠非常靈活地完成碳纖維絲束的鋪設(shè)，zui大速度可達(dá)8米/秒。
傳統(tǒng)的碳纖維復(fù)合材料生產(chǎn)工藝主要分兩種，一種是將多塊單向或交叉編織的預(yù)浸潤碳纖維板鋪在模具上，經(jīng)熱壓成形。另一種則采用干的碳纖維板，通過樹脂灌注成形。其中前者應(yīng)用較為廣泛。然而，這些傳統(tǒng)的鋪設(shè)技術(shù)都存在效率低下、成本昂貴等問題，特別是原材料浪費(fèi)比率，有時甚至高達(dá)40％。
隨著技術(shù)的進(jìn)步，近年來一種被稱為“近終成形”（near-net shaping）的方法為這一領(lǐng)域帶來了新的發(fā)展契機(jī)，該方法適用于各類工業(yè)材料生產(chǎn)，其主要思想是以產(chǎn)品的zui終形態(tài)為主導(dǎo)，并使整個生產(chǎn)過程與之相匹配。
簡單地說，碳纖維復(fù)合材料近終成形的主要過程就是根據(jù)具體產(chǎn)品的形態(tài)和性能指標(biāo)，按照預(yù)定方向鋪設(shè)預(yù)定長度的碳纖維絲束。其中定向zui為關(guān)鍵，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)產(chǎn)品只需要在某一個方向上具備高強(qiáng)度，通過鋪設(shè)碳纖維，產(chǎn)品的截面可以做得更小，從而使強(qiáng)度/重量比得以提高。此外，近終成形技術(shù)還具有極為顯著的效率優(yōu)勢，原材料浪費(fèi)比率僅為1～2%。然而到目前為止，其產(chǎn)能仍遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)技術(shù)。
曼徹斯特大學(xué)材料學(xué)院的紡織復(fù)合材料研究組是近終成形方法的積極擁蹙，他們主要致力于航天材料的研究。
研究組的Prasad Potluri博士指出：“我們在尋找一種新的絲束鋪設(shè)方案?？紤]到航天工業(yè)的需求，我們決定針對3米長、2米寬、500毫米厚的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)出一套實(shí)驗(yàn)室級的工藝流程。因此要求設(shè)備具有較長的工作行程和較高的精度，并可承受較重的碳纖維卷筒，另外，為了追求快速性，設(shè)備必須是高度自動化的”。
“盡管當(dāng)時市場上已有基于近終成形技術(shù)的設(shè)備，但價格過高，而且也達(dá)不到要求。因此我們決定采用委托研制的方式，我們給出詳細(xì)需求，F(xiàn)esto公司負(fù)責(zé)運(yùn)動控制方案的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)”。
這臺研制的機(jī)器人絲束鋪設(shè)機(jī)能以zui大8米/秒的速度鋪設(shè)碳纖維，并具有三維的工作包絡(luò)線。它包含三組執(zhí)行器，分別是3米和2米的皮帶各一對，以及垂直方向上的600毫米滾珠絲杠。所有執(zhí)行器均由Festo同步交流伺服電機(jī)及驅(qū)動器來驅(qū)動，并由中央控制柜集中控制。其控制系統(tǒng)還集成了一個DXF圖形輸入工具，以簡化對復(fù)雜三維運(yùn)動的編程。據(jù)研究組透露，該設(shè)備目前已投入使用，預(yù)計(jì)6個月內(nèi)便可完成對碳纖維復(fù)合材料近終成形新工藝的測試。