泰斯金普:为复合材料行业提供定制化的缠绕解决方案

   日期:2019-06-10     来源:复合材料网    评论:0       [ 进入汽车材料社区 ] [ 汽车材料馆 ]
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核心提示:纤维缠绕最早开发于20世纪40年代末,是最原始的复合材料制造工艺之一,通常用于制造轻质、高性能的结构件,如压力容器、管道、船的桅杆和天线杆等等。
   纤维缠绕最早开发于20世纪40年代末,是最原始的复合材料制造工艺之一,通常用于制造轻质、高性能的结构件,如压力容器、管道、船的桅杆和天线杆等等。
  
  近年来,随着市场对于缠绕速度、性价比、生产规模和结构复杂性的要求越来越高,人们对这一工艺及其所能开发产品的兴趣不断增加。纤维缠绕有很多应用,但如果要将其作为一种可行的制造方法,特别是应用到规模化的汽车工业中,必须要做到更快和更精确。
  
  传统的纤维缠绕是将纤维在张力作用下缠绕在旋转的芯轴上以获取所需形态。一般是先用树脂将纤维浸润,然后立即将其缠到芯轴上,但现在越来越多的机器也可直接缠绕预浸窄带、单丝预浸带或干态纤维。将这一工艺与机器人技术相结合,也使其能更灵活地制造不同尺寸和形状的构件,包括小型飞机翼梁和机身、汽车轮毂、防撞护栏和风力发电机组。
  
  芯轴本身是一个重要的考量因素。它可以被继续保留部件内,比如留在汽车部件里帮助抵抗冲击;也可以在生产完成后将其抽出,比如在制造桅杆时。
  
  三年前,泰斯金普与曼彻斯特大学合作进行了一个大型研究项目,开发了一系列技术,利用机器人技术和自动化技术突破了纤维缠绕所能达到的极限,从而提高生产速度、张力和精度。
  
  在这项工作中开发的第一个技术是三维(3D)缠绕设备:一种基于9轴机器人缠绕概念的缠绕设备,由PrASAd Potluri教授首先开发,旨在生产截面和形状不同的复杂零件。这台高速多头设备将旋转和纤维喂入结合在一个机械装置上,该机械装置围绕在一个静态芯轴上自动移动,并在此过程中进行缠绕。多个工作头或锭位(每一个带一卷筒纱)安装在一个旋转环上。环的大小及其所安装工作头的数量是可扩展的,且取决于所生产构件的尺寸。该设备可以容纳多达16个筒纱,这意味着它可以缠绕各种构件,从航空航天燃料管道到汽车防撞梁,到氢燃料电池和油气管道,再到风力涡轮机组叶片和飞机机身。通过安装多个喂纱机构,还可以对通常相对缓慢的工艺进行提速。该设备能够以1千克/分钟的速度缠绕碳纤维,这意味着它可以在几分钟内缠绕一个飞机翼梁。
  
  三维缠绕设备的一个关键特征是它能够以更高的精度来处理更加复杂和弯曲形状的构件。开发它的灵感来自于航空飞行器的进气管,它是一个复杂的弯曲部件,长度约为3米,其一端大而圆,另一端则过渡到较小的方形。三维缠绕设备可以匹配这种复杂性,相比固定式缠绕机,移动式缠绕可以提供更多的自由度。
  
  公司最初认为三维缠绕设备更像是编织机,因为它配有旋转筒纱的大型转环让人想起了编织技术。但后来发现,可以生产出一种比编织材料更强、剪切力更小的非卷曲材料。
  
  泰斯金普为开发三维缠绕设备所做的工作范围非常广泛,使其拥有了大量的知识储备,从而能进一步开发出另外两种不太复杂但对市场同样有用的纤维缠绕设备。
  
  其中一款是机器人纤维缠绕机,它保留了传统的纤维缠绕架构,即芯轴旋转,但其位置固定,喂纱装置位于机械臂上,可使纤维能从多个运动轴向喂入。两者都可将驱动式纱架结合到机器人上,这样可让每个锭位或轴向的张力单独调整,以控制纱线喂入,保证成品的精度和一致性。这也意味着每次喂纱的速度可以改变,以提供更高的分辨率来处理更小尺度的特征或复杂的几何构造。
  
  另一项技术于2019年推出,是一种四轴缠绕机。这台机器适用于更广阔的市场,但仍保留了公司的技术专长,包括优化的几何结构、减少的接触点数和正确的表面处理方式。
  
  公司现在的研发重点是将纤维缠绕设备与产品库中的其他设备相结合,进一步扩展这项技术的功能。公司使用了纤维退绕纱架、自动装卸、树脂混合、数据记录和视频质量检查技术,以消除纤维损坏的可能性,实现全工序的可追溯性,达到工业4.0标准。
  
  公司已经在生产高速预浸和分切设备,并能够将这些技术与自身的纤维缠绕技术整合在一起。同时也已经开始为客户提供纤维缠绕的试机服务,所使用的热塑预浸带是在公司研发中心的热塑性实验线上生产的。这将使客户能够制造在高温下工作的复杂部件,使之更适用于航空航天方面的应用。
  
  事实证明,泰斯金普在研发方面的长期投入是其在全球市场上有效竞争的优势所在。邀请客户到公司先进的展厅和开发中心试用公司的设备,可以与客户之间建立一种信任和可持续的合作关系,并持续推动这一高水平的产品密集开发。
 
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