先進復合材料因其性能優(yōu)異，在航空航天、艦船、交通運輸、建筑、體育運動以及能源等行業(yè)領域得到廣泛應用。因復合材料構件的結構形式、服役載荷和使用環(huán)境復雜，微小的缺陷經(jīng)跨層次的蔓延生長可導致構件的失效，故其安全性和可靠性是其應用中首要考慮的內(nèi)容[1]。為提高復合材料構件質(zhì)量的可靠性和穩(wěn)定性，減少人為因素的影響，復合材料成型自動化是復合材料成型技術發(fā)展的必然趨勢。

復合材料自動化成型技術及應用

自1985年以來，自動化成型技術在復合材料制造業(yè)中的應用范圍不斷擴大，已經(jīng)逐漸滲透到復合材料設計和制造的各個領域（纏繞成型、自動鋪放成型、拉擠、編織、縫合和RTM等），在推動復合材料設計和制造技術發(fā)展、降低構件制造成本中的巨大作用已達成廣泛共識[2]。復合材料成型自動化不僅提高了復合材料構件的生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，而且通過對成型工藝參數(shù)和技術指標的精確控制，可以極大地提高復合材料構件質(zhì)量的可靠性和穩(wěn)定性。復合材料自動化成型技術作為將結構設計、材料和制造連接一體的紐帶和橋梁，將機械制造技術、信息處理技術、自動控制技術、伺服驅(qū)動技術、傳感器技術、軟件技術等多個學科技術引進到復合材料成型過程，尤其適合手工成型難以完成的大尺寸、超大尺寸以及復雜形面結構件的成型。

目前為止，國外復合材料自動化成型技術已經(jīng)相當成熟。以自動鋪放技術為例，已在多種航空航天器的各種結構件上得到應用，如航天載荷適配器、整流罩、燃料儲箱、機翼、尾翼、垂尾、進氣道、中央翼盒等[3-6]。

國內(nèi)復合材料自動化成型技術發(fā)展較晚，航天材料及工藝研究所積極推動復合材料自動化成型技術在國內(nèi)的應用與發(fā)展，在激光鋪層定位、自動鋪帶、纖維纏繞、自動鋪絲等技術的工程應用研究取得了階段性進展，實現(xiàn)了多項自動化成型的工程應用。

航天復合材料自動化成型關鍵技術

1 自動下料與激光鋪層定位技術

目前，手工鋪層仍被廣泛使用，尤其適合一些復雜型面的小型構件成型，甚至像B-2轟炸機及一些通用飛機的制造也采用了大量手工鋪層工序[7]。如何通過數(shù)字化手段提高手工鋪層的構件質(zhì)量和勞動效率，充分發(fā)揮手工鋪貼在蒙皮厚度調(diào)整、局部加強、金屬加強片嵌入、加強筋增強以及蜂窩夾芯區(qū)等方面的技術優(yōu)勢，是手工鋪層技術的研究熱點。

航天材料及工藝研究將復合材料自動下料與激光鋪層定位技術引進到復合材料手工成型過程中，通過對數(shù)控下料機、激光投影設備以及輔助設計制造軟件的綜合運用，實現(xiàn)了復合材料構件數(shù)字化輔助人工鋪放。采用復合材料構件設計制造軟件將構件的三維實體數(shù)模展開生成鋪層排料的二維數(shù)據(jù)，生成復合材料構件各鋪層的2D輪廓數(shù)據(jù)，并將輪廓信息輸入至數(shù)控剪裁機進行自動下料，并借助激光定位系統(tǒng)在預先固定好的模具上顯示鋪層輪廓和軸線，保證在鋪疊過程中的準確定位。

采用自動下料和激光鋪層定位技術輔助進行手工鋪層技術，下料準確度顯著提高，降低了鋪層取向誤差，產(chǎn)品質(zhì)量可以有效保證，可提高成型構件質(zhì)量的穩(wěn)定性，而且降低了勞動強度，提高手工成型的生產(chǎn)效率，對操作人員的技藝水平和施工經(jīng)驗要求顯著下降。