4、自动铺放技术。自动铺放技术包括自动铺带和自动铺丝。目前,该技术在速度和准确度上有了很大改进,以自动铺放技术为代表的自动化成型技术能够降低生产成本,提高复合材料构件质量。但是由于应用规模的限制,全自动化生产往往会造成有限规模的复合材料成本较高,因此一定程度上的自动化生产,仍是复合材料低成本制造比较经济的手段。
5、其他。近年来,更多的复合材料低成本成形、制造方法得到了应用,如复合材料低成本工装等技术在近年来得到了业界专家格的外关注,国外开展了一些新的低成本方法,如复合材料快步成型法缩短了固化时间,流动成形法在大型零件的成型制造中大大降低了高比强度复合材料的成本等等。
复合材料低成本制造的发展趋势和改进措施
在满足结构减重和性能指标要求的前提下开发新的低成本技术,将是飞机复合材料从业人员的首要任务,这也是一个循序渐进的过程,需要技术、设备、人员协调、管理层次的共同努力。
(1)完善已有工艺,逐步实现设计/材料/制造一体化技术。 如RTM、RFI、VARI等技术虽然已经发展得比较成熟,却仍然面临一些问题,如RFI对树脂的工艺性要求较高,VARI对树脂流动性的较高要求等。而对于其他的一些工艺(如非热压罐固化),虽然前景看好,但仍面临诸如会使碳纤维体积含量减少的问题。因此,改进已有工艺已成为当务之急。
(2)逐步实现复合材料制造过程自动化。在世界范围内自动化加工设备的利用已经成为一种趋势。制造过程的各个工序,如对预浸料铺层设计形状进行的切割处理、制件铺叠过程中的铺层定位和辅层操作,制件固化过程的监测和控制等,均存在自动化的可行性。自动化利用的增长,能够在降低人工成本(尤其是在日本、澳大利亚等国)的同时,消除人为操作失误,成为一种提高产品质量、保证质量一致性的重要手段。随着复合材料在飞机部件应用规模的扩大,全自动化成形最终将在保证性能指标的前提下实现复合材料低成本制造的目的。
(3)合理选择优化方案,以缩短装配制造周期和应用关键技术,应对复合材料的成本问题。如飞机上如何使用复合材料,如何使用金属材料,如何设计才能保证其具有最优的性能和较低的成本。例如,空客A380上机身大量应用了Glare层板,与相应的铝合金板比较实现减重25%~30%、疲劳寿命提高10~15倍的效果,较之以前应用的ARALL层板有更好的双周疲劳性能,且成本较低,只是比重稍大。
(4)开展低成本制造新工艺。 如近年来发展起来的电子束固化、Z-pin技术等,前者不需要热压罐,可在室温下固化,从而降低模具费用,节省能源,减小制品中的热应力,制品综合性能好,是纤维增强复合材料低成本生产的一种新方法;后者适用于不同结构特征的低成本泡沫材料,在一定情况下,可以有效降低成本。因此,在保证满足性能、减重要求的前提下,开发一些列新型低成本制造工艺是降低复合材料制造成本的有效途径。
(5)建立科学的制造成本模型与可行可信的估算方法。
(6)在管理层面上,积极开展、制定低成本复合材料计划。如美国国防部联合NASA、FAA和工业界共同发起并制订的低成本复合材料计划取得了巨大的成功。未来,更多更长远、更符合现代生产的低成本计划的制定和实行,将不断推动相关技术与设备的发展,技术与管理相辅相成,进步一实现复合材料低成本制造。