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Festo伺服驅(qū)動用于碳纖維復合材料研制
點擊次數(shù)：839 發(fā)布時間：2013-1-15
zui近，英國曼徹斯特大學材料學院與自動化廠商Festo公司合作研制了一臺用于碳纖維復合材料生產(chǎn)的機器人鋪設機。作為一個開發(fā)平臺，該設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)樹立新的標準。該設備*基于Festo公司的驅(qū)動和控制產(chǎn)品，具有三維的工作包絡線，能夠非常靈活地完成碳纖維絲束的鋪設，zui大速度可達8米/秒。
傳統(tǒng)的碳纖維復合材料生產(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。其中前者應用較為廣泛。然而，這些傳統(tǒng)的鋪設技術都存在效率低下、成本昂貴等問題，特別是原材料浪費比率，有時甚至高達40％。
隨著技術的進步，近年來一種被稱為“近終成形”（near-net shaping）的方法為這一領域帶來了新的發(fā)展契機，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，并使整個生產(chǎn)過程與之相匹配。
簡單地說，碳纖維復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，按照預定方向鋪設預定長度的碳纖維絲束。其中定向zui為關鍵，這是因為大多數(shù)產(chǎn)品只需要在某一個方向上具備高強度，通過鋪設碳纖維，產(chǎn)品的截面可以做得更小，從而使強度/重量比得以提高。此外，近終成形技術還具有極為顯著的效率優(yōu)勢，原材料浪費比率僅為1～2%。然而到目前為止，其產(chǎn)能仍遠低于傳統(tǒng)技術。
曼徹斯特大學材料學院的紡織復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方案。考慮到航天工業(yè)的需求，我們決定針對3米長、2米寬、500毫米厚的產(chǎn)品，設計出一套實驗室級的工藝流程。因此要求設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，設備必須是高度自動化的”。
“盡管當時市場上已有基于近終成形技術的設備，但價格過高，而且也達不到要求。因此我們決定采用委托研制的方式，我們給出詳細需求，F(xiàn)esto公司負責運動控制方案的設計和實現(xiàn)”。
這臺研制的機器人絲束鋪設機能以zui大8米/秒的速度鋪設碳纖維，并具有三維的工作包絡線。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，以簡化對復雜三維運動的編程。據(jù)研究組透露，該設備目前已投入使用，預計6個月內(nèi)便可完成對碳纖維復合材料近終成形新工藝的測試。