在降低复合材料部件的生产成本、缩短生产节拍的竞争中，自动化技术已成功地将裁切、成型和加工转变成更适合工业化生产的工艺流程。然而，就在不久前，为成型三维部件而制备增强材料的预成型生产步骤，似乎依然是一个生产瓶颈：这是一个复杂、步骤较多且通常为人工操作的加工过程。最近3年来，能够实现自动化预成型的新兴技术已越来越多，得益于机器人技术与自动化的带铺放(ATL)或自动化的纤维铺放(AFP)技术的结合，这些技术最终走向成熟，并实现了商业化应用。
2015年，为航空航天工业提供专用生产系统的德国Broetje Automation公司推出了其STAXX Compact 1700自动化AFP工作单元，用于生产近净形状的预成型件。
“当我们开始开发时，已有许多公司重点在为航空航天工业开发自动化的纤维铺放技术。”Broetje Automation的子公司——德国BA复合材料有限公司的副总裁 Matthias Meyer博士介绍说，“所以，我们将开发的重点放在了汽车和工业领域，同时还注重采用低成本的材料——碳纤维预浸丝(towpreg)。”
这也促使该单元被设计成为一种封闭的、可以自动调节温度的加工单元，它拥有3m(宽)× 6.5m (长)× 3m (高)的紧凑尺寸，因而可以在几乎任何工厂中快速投入生产。
Meyer对碳纤维预浸丝(towpreg)的定义是：采用典型的环氧树脂基体浸渍的碳纤维粗纱，并指出，STAXX还能够加工适用于后续液体成型的粘结剂干纤维，或者加工一种热塑性的材料。它们在预成型后，可以通过简单的热成型变成最终的部件。
STAXX 还可以加工切割好的窄条预浸带，因为它能去除背衬膜，但它的使用同时也增加了成本，因为需要后预浸分切操作。
STAXX Compact 1700配有：两个料卷盒，每一个可容纳16卷碳纤维预浸丝(towpreg);一个AFP头，它配有一个紧凑的夹紧/切割/再启动装置;一个转台。
STAXX Compact 1700提供40m/min的材料进给速度，铺层速度是30kg/h,台板尺寸(部件的铺层面积)是1525mm×900mm。相比50%的废品率，它还可以实现不到5%的废品率。
转台和对铺层坯料的构建看起来类似于德国迪芬巴赫的Fiberforge RELAY Station。但Meyer声称，迪芬巴赫的RELAY采用的是带有超声波点焊的自动铺带(ATL)技术，而不是连续压实的AFP，而且STAXX的转台还能够在Z轴方向运行500mm，这使得集成三明治芯材和专用嵌件成为可能。
“正因如此，我们采用了一种零点夹紧系统。”Meyer补充道，“无论是人工操作，还是通过机器人实现自动化的拾取-铺放，你可以将台板取出来，非常精确地将嵌件装到其上，然后以不到0.1mm的公差把它放回单元中。”
他表示，对于AFP而言，虽然这是新的做法，但这种做法在金属切削行业中早已成为一种标准，因此，大部分的CNC控制被设计到了STAXX之中。比如，STAXX有两个台板，当向一个台板摆放部件时，另一个台板同时在完成铺层操作，由此而最大程度地增加了产出。
Meyer还表示，一个很大的优势是，它为纤维取向带来了设计自由度。“STAXX可以按0°～180°之间的任何角度铺放纤维，按0.01°递增。”
成型的部件(图片来自Broetje Automation)
到目前为止，STAXX示范生产的部件有汽车的通道、地板和B柱。“我们已经证明，我们能够用单独一台机器，每年生产10万个用于豪华轿车的B柱。我们还制造航空部件，如肋、夹板和支架等，以及工业部件。”
作者：GINGER GARDINER
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