碳纤维复合材料自动铺放关键技术的现状与发展趋势

摘要

碳纤维复合材料具有耐高温、耐摩擦、耐腐蚀等诸多优异性能,被广泛应用于航空航天、汽车制造等相关领域.鉴于碳纤维复合材料的广泛应用,制备碳纤维复合材料构件的自动铺放设备及技术也得到了快速发展.近年来,复合材料自动铺放技术也取得了非常显著的成绩.碳纤维复合材料自动铺放技术的研究是铺放设备、铺放轨迹、铺放工艺及铺放软件技术的综合性研究.其中,研究人员将铺放头与纤维纱架结合实现了碳纤维复合材料铺放设备的一体式结构,为完全自动化铺放奠定了基础.碳纤维复合材料的铺放轨迹起初采用相对简单的定角度铺放,但是近些年变角度铺放成为研究热点,采用变角度铺放可以提升铺放构件的力学性能.另外,工作人员针对复合材料的铺放温度、铺放速度和铺放压力等铺放工艺进行了研究,实现了铺放工艺参数的优化并提高了铺放构件的成型质量.此外,在复合材料自动铺放软件技术的研究中,研究人员以铺放工艺及构件形体要求为基础,开发了与铺放设备相匹配的CAD/CAM软件系统,实现了复合材料的自动化、智能化铺放.本文主要从自动铺放设备结构、纤维铺放轨迹规划与控制、铺放工艺参数优化和自动铺放软件系统几个方面对国内外自动铺放技术的研究进展进行了综述.基于自动铺放技术的发展现状,总结了国内自动铺放技术存在的问题,并对国内自动铺放技术的发展方向进行了探讨.