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Festo伺服驅動用于碳纖維復合材料研制
點擊次數：861 發布時間：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的機器人鋪設機。作為一個開發平臺，該設備融入了許多頗具革命性的創新理念，其研制者也希望藉此為碳纖維制造業樹立新的標準。該設備*基于Festo公司的驅動和控制產品，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。
傳統的碳纖維復合材料生產工藝主要分兩種，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展契機，該方法適用于各類工業材料生產，其主要思想是以產品的zui終形態為主導，并使整個生產過程與之相匹配。
簡單地說，碳纖維復合材料近終成形的主要過程就是根據具體產品的形態和性能指標，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，這是因為大多數產品只需要在某一個方向上具備高強度，通過鋪設碳纖維，產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勢，原材料浪費比率僅為1～2%。然而到目前為止，其產能仍遠低于傳統技術。
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。考慮到航天工業的需求，我們決定針對3米長、2米寬、500毫米厚的產品，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，Festo公司負責運動控制方案的設計和實現”。
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。所有執行器均由Festo同步交流伺服電機及驅動器來驅動，并由中央控制柜集中控制。其控制系統還集成了一個DXF圖形輸入工具，以簡化對復雜三維運動的編程。據研究組透露，該設備目前已投入使用，預計6個月內便可完成對碳纖維復合材料近終成形新工藝的測試。