復合材料的自動化制造技術已經有了重大的進展，尤其在材料的鋪貼工藝階段。例如,波音777飛機的全復合材料尾翼采用了多種自動化工藝,包括預浸料裁切、自動鋪放技術和成形等。自動鋪放技術AFP(AutomatedFiber Placement) ,是實現復合材料"低成本、高性能”的重要手段之一,在航空航天高性能復合材料結構制造中應用極為廣泛,近年來發展十分迅速。AFP技術特別適于制造形狀復雜的零件，鋪放速度5~30m/min，大達60m/min;精度±0.5°，±0.25mm。速度高、材料利用率高、零件質量好，生產成本低，加上大面積整體成形技術可降低成本50%。復合材料自動鋪放技術主要包括自動鋪帶ATL(AutomatedTape-Laing)和自動鋪絲ATP(AutomatedTow Placement)技術。采用自動鋪放技術可以明顯地降低具有復雜形狀的復合材料構件的制造成本。早的自動鋪放技術研究來自復合材料機身的制造,如果采用纏繞技術制造機身時，遇到的問題是纏繞張力使凹面產生縫隙、纏繞張力使纖維產生滑移而偏離應該的位置和纏繞I藝不能有效地改變厚度。纖維鋪放技術解決了上述問題,它可以在大型復雜型面上鋪放和壓實連續預浸纖維，纖維在芯模上鋪放完全在無壓力狀態下進行。當鋪放預浸帶時,預浸帶的寬度可以根據需要調整。自動鋪放精度可達0.005mm，為了調解黏度，纖維預浸帶可以加熱或冷卻。自動鋪放技術已經得到廣泛的應用,獲得了明顯降低成本的效果。

 

 

1983年臺商用鋪帶機進入生產領域，F-16的80%蒙 皮件、F-22的4塊機翼 壁板，面積為5.49mx 5.18m，厚度為3.8~14.2mm，重量達113kg、波音777的零件等均由自動鋪帶生產。自動鋪帶機的應用大限度地節省時間、勞動力，速度較手工提高10倍。節省原材料，廢品率僅3%~ 5%(手工為25%~ 30%)。提高制件精度、質量降低成本。一般來講，零件尺寸越大效率越高。對于手工操作，5mx2.5m為其臨界尺寸，大了反而效率降低,勞動成本大大提高，甚而超過操作壽命而制造不成。

 

自動鋪帶技術以帶有隔離襯紙單向預浸帶為原料，在鋪帶頭中完成預定形狀的切割,加熱后在壓輥的作用下直接鋪疊到模具的表面。當預浸帶鋪放到模具表面上時,由鋪帶頭將襯紙去除。當預浸帶鋪放完畢時,鋪帶頭可以根據需要從不同的角度切斷預浸帶。自動鋪帶主要采用熱固性樹脂預浸帶,也可以采用同熱塑性樹脂預浸帶。鋪放熱塑性樹脂預浸帶時采用熱壓靴或激光焊接。為保證自動鋪帶的質量，常用線掃描和傾斜光脈沖進行在線監控并及時糾正鋪帶軌跡。自動鋪帶按鋪放的功能分為平面帶鋪放(FTLM)和曲面帶鋪放(CTLM) :平面帶鋪放采用150mm和300mm寬的預浸帶，而曲 面帶鋪放通常采用75mm和150mm寬的預浸帶; 前者鋪放效率極高，主要用于小曲率機翼壁板鋪放,后者可以實現中等曲率壁板的鋪放,至可以在一定范圍內實現小曲率曲線軌跡鋪放,適于鋪放大尺寸機身等部件。

 

自動鋪帶機是復合材料自動鋪帶成形的關鍵。早期開發的自動鋪帶機較為簡單，只能鋪放單曲面形體,預浸帶寬有限,預浸帶的切割多采用氣動剪，切割角度變化范圍小。隨著復合材料用量的增加，鋪帶機的需求越來越大，鋪帶機的及時進步越來越快。設備、程序、電腦控制軟件、可靠性、易操作性等方面都有很大改進,鋪放頭技術已經發展到第4代。現代的鋪放機功能強大，可以鋪放相當復雜的雙曲曲面。

 

典型的10軸龍架式自動鋪帶機如圖3-21所示 ，鋪帶機的主要部分包括:一個龍門架結構,一個做平面運動的橫梁,一個位于其端部的可升降的鋪放頭。龍門]結構可以是固定床位,也可以是開放式架結構。

 

鋪帶機的核心是自動鋪帶頭,圖3-22是 典型的5軸鋪帶頭。預浸帶按照程序預先切割后才進入加熱器，以保證預浸帶適當的黏性。預浸帶通過壓輥/壓靴鋪疊到模具表面，背襯紙自然回收。為適應雙曲面鋪放，面壓輥/壓靴可以是組合式的，靠液壓/氣動調節實現曲面自適性。有的鋪帶頭還設有尾壓輥以保證鋪放到邊緣時良好的力成形。為了提高效率,法國的Forest-line開發出雙向鋪帶頭，一方面加大儲帶量，另一方面減少由于鋪到邊界時鋪帶頭轉動回鋪而浪費時間，從而大大提高生產效率。

 

自動鋪帶重要的工藝參數有壓輥壓力和預浸帶加熱溫度及鋪放速度。當帶鋪放到模具表面時,鋪放頭懸掛于工件之上,壓輥施加壓力于鋪放表面。這在鋪放突變和凹谷的時候可以減少鋪放帶的多余運動。鋪放壓力由計算機控制,當鋪放150mm的寬帶時,勵265 ~ 1303N ;而當鋪放300mm的寬帶時，總壓力265 ~ 2675N。預浸帶的鋪放溫度范圍由所采用的材料體系決定，一般為26 ~43℃。

 

自動鋪帶技術AFP(AutomatedFiber Placement)，該技術是在自動鋪帶和纖維纏繞基礎上發展起來的,稱第4代鋪放機,既可鋪纖維帶又可鋪纖維束。國波音, Cincinati Machine與Cytec共同努力于70年代中期開始研制自動鋪帶機，現已發展了三代自動鋪帶機，三代不同的鋪帶機的特點如表3一8所示。該技術自80年代中期研發，1989年Cincina-tiMachine設計了臺纖維鋪放機器FPM(FiberPlacementMachine)，于1990年交付使用, 該設備的運用可以明顯提高復合材料生產效率，降低制造成本。發達已經無一例外采用自動鋪帶技術制造航空復合材料結構件。

 

波音公司是上航空制造應用自動鋪帶技術的主要的單位，現有的50余臺自動鋪帶機中，波音公司擁有21臺。20世紀80年代開始,波音公司在自動鋪帶技術方面投入大量的資金和人力。發展自動鋪帶技術生產B2轟炸機大型復合材料構件。近年來波音公司也將自動鋪帶技術應用于其他項目，主要包括 : NavyA6轟炸機(復合材料機翼)、F- 22戰斗機(機翼和波音777民用飛機。波音777民用飛機的全復合材料尾翼，水平和垂直安定面蒙皮均采用自動鋪帶技術制造。

 

Vought飛機公司也是自動鋪帶機技術的先驅之一, 在自動鋪帶技術方面一直保持地位，目前其使用這個系統生產軍用C- 17運輸機水平安定面蒙皮。1998年自動鋪帶成形的水平安定面蒙皮次安裝在C- 17 飛機上。每架飛機上有4塊蒙皮(2塊上蒙皮, 2塊下蒙皮)，每塊蒙皮大約13m長, 3.7m寬(根部)，蒙皮層板在根部厚度為0.183m ,每年大約生產60件這樣的蒙皮。

 

EADS一CASA是 在歐洲早使用平面自動鋪帶機和曲面自動鋪帶機生產復合材料結構的公司,自動鋪帶系統位于西班牙馬德里附近的llesas先進復合材料生產廠。主要生產產品有機蒙皮、尾翼、垂直/水平翼蒙皮、飛機翼梁、 增強肋等。主要包括:空客A330和A340飛機水平安定面蒙皮、A340-600尾 翼蒙皮、Dornier728 飛機的水平和垂直安定面蒙皮以及翼梁，CASA還將采用自動鋪帶技術生產空客A380長達16m、寬4m的安定面蒙皮，同時，空客 A319/A320/A321飛機的尾翼蒙皮也將由目前的手T鋪貼改為自由鋪放生產。與手工鋪貼相比，CASA自動鋪帶機具有很高的生產效率,生產效率一般是手工鋪貼的10倍。當用150mm寬預浸帶作平面鋪放時，生產效率是手工鋪貼的22倍以上。采用自動鋪帶技術預浸料的利用率高達95%以上，手工鋪貼預浸料利用率只有70% ~ 75%，材料利用率的提高對于降低成本也是非常重要的。