碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用價(jià)值已經(jīng)被很多行業(yè)所認(rèn)可，高強(qiáng)的機(jī)械性能和極輕的重量比，使之成為了工業(yè)輕量化發(fā)展中較為重要的一環(huán)。不過碳纖維零部件的加工無法像金屬制品一樣，通過熔融澆筑的方式完成，而是需要大量的手工操作，配合設(shè)備完成固化，以及后續(xù)的表面處理加工。碳纖維復(fù)合材料制成的工業(yè)零部件，除了板材、管材和輥軸外，其他均為造型各異的制品。在加工過程中，手動(dòng)鋪層的方式不僅增加了大量的作業(yè)時(shí)間，也提高了失敗的風(fēng)險(xiǎn)。那未來是否可以通過全自動(dòng)的方式來完成碳纖維零部件的加工制作呢？智上新材料認(rèn)為短期內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)。
　　
 
　　碳纖維異形件為何多采用手工鋪層的方式制作？
　　
　　碳纖維異形件的是集所有使用需求為最終目的而被設(shè)計(jì)出來的，它不像板材、管材和輥軸加工起來輕便，而往往伴隨著長(zhǎng)時(shí)間的鋪層和后續(xù)處理。即便是工業(yè)技術(shù)極為先進(jìn)的當(dāng)下，碳纖維零部件還是多采用傳統(tǒng)手工鋪層的方式來完成基礎(chǔ)制，分析原因可能有下面這些。
　　
　　1、幾何外形復(fù)雜：碳纖維異形件的幾何形狀往往是非常復(fù)雜或不規(guī)則的，無法使用纖維纏繞或自動(dòng)鋪絲（AFP）和鋪帶（ATL）自動(dòng)化完成，尤其是邊邊角角這些位置，只有手動(dòng)操作才能達(dá)到效果。而且在一些定制的碳纖維零部件上，手動(dòng)操作的靈活性更高。
　　
　　2、生產(chǎn)規(guī)模較?。禾祭w維異形件的數(shù)量往往不多，或者異形件本身的體型偏小，因此廠家在評(píng)估生產(chǎn)難度和周期時(shí)，會(huì)判斷出小規(guī)模的生產(chǎn)訂單，無需使用自動(dòng)化設(shè)備來完成。自動(dòng)化設(shè)備價(jià)格昂貴，對(duì)小規(guī)模生產(chǎn)項(xiàng)目來說并不劃算。出于對(duì)加工成本的考量，手工鋪層的性價(jià)比更高，憑借一定的經(jīng)驗(yàn)，同樣可以加工出性能優(yōu)異的碳纖維異形件。
　　
　　3、性能上限易達(dá)成：很多碳纖維異形件對(duì)性能的要求較高，需要在鋪層環(huán)節(jié)精準(zhǔn)控制纖維的取向，以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度、剛度和抗疲勞性等達(dá)到較高的機(jī)械性能?，F(xiàn)階段的手工鋪層工藝，技術(shù)人員可以憑借豐富的經(jīng)驗(yàn)，靈活的調(diào)整纖維方向和層數(shù)，更便捷的達(dá)到目的。
　　
　　4、設(shè)備調(diào)教難度高：自動(dòng)化鋪絲和鋪帶設(shè)備并不是安裝完畢即可上線工作的，還需要通過錄入程序和不斷調(diào)教來實(shí)現(xiàn)大量重復(fù)性作業(yè)的。光是設(shè)備調(diào)教就要花費(fèi)大量的時(shí)間和物料，因此該生產(chǎn)方式更適合用于航空航天等行業(yè)中，如大型飛機(jī)機(jī)翼的生產(chǎn)。
　　
 
　　碳纖維自動(dòng)鋪絲（AFP）和鋪帶（ATL）技術(shù)是否可以普及？
　　
　　碳纖維自動(dòng)鋪絲（AFP）和鋪帶（ATL）技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)有不少案例了，諸如大飛機(jī)機(jī)翼、風(fēng)電葉片和儲(chǔ)氫瓶等。在制作這些碳纖維零部件時(shí)，自動(dòng)鋪絲和鋪帶技術(shù)不斷提升，相應(yīng)的設(shè)備調(diào)試也在不斷完善，未來會(huì)有更多碳纖維產(chǎn)品會(huì)用上此類技術(shù)。
 
　　自動(dòng)鋪絲（AFP）和鋪帶（ATL）技術(shù)普及的正向因素
　　
　　1、可提高生產(chǎn)速度和效率：與手工手工鋪設(shè)相比，自動(dòng)鋪絲（AFP）和鋪帶（ATL）工藝可以顯著提高制造速度，可實(shí)現(xiàn)一致、可重復(fù)的生產(chǎn)，這對(duì)于需要高產(chǎn)量和質(zhì)量控制的行業(yè)來說非常有利，如航空航天、汽車和風(fēng)能等。
　　
　　2、精度和材料優(yōu)化：自動(dòng)鋪絲（AFP）和鋪帶（ATL）工藝可精確控制纖維取向和布局，從而實(shí)現(xiàn)卓越的零件性能（強(qiáng)度、剛度等）。這種控制水平有助于最大限度地減少材料浪費(fèi)，并確保昂貴的碳纖維材料的最佳使用。另外自動(dòng)化流程降低了人為錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)，從而生產(chǎn)出更加統(tǒng)一的產(chǎn)品。
　　
 
　　自動(dòng)鋪絲（AFP）和鋪帶（ATL）技術(shù)普及面臨的挑戰(zhàn)
　　
　　1、初始投資高：自動(dòng)鋪絲（AFP）和鋪帶（ATL）設(shè)備需要大量資本投資，設(shè)備價(jià)格昂貴，安裝過程復(fù)雜，這使得預(yù)算充足的大型制造商更容易使用它，但對(duì)中小企業(yè)來說卻是一個(gè)難以逾越的障礙。
　　
　　2、編程和調(diào)試復(fù)雜性高：自動(dòng)鋪絲（AFP）和鋪帶（ATL）設(shè)備需要專門的程序來為不同的零件創(chuàng)建纖維鋪層的解決方案。對(duì)于復(fù)雜或不規(guī)則的幾何形狀，對(duì)機(jī)器進(jìn)行編程以使其遵循復(fù)雜的路徑，耗費(fèi)的時(shí)間過長(zhǎng)，并且還需要專業(yè)知識(shí)的加持。
　　
　　3、處理復(fù)雜形狀的限制：自動(dòng)鋪絲（AFP）和鋪帶（ATL）技術(shù)更適合生成較大的、相對(duì)簡(jiǎn)單的形狀，例如平坦或稍微彎曲的表面。遇到非常復(fù)雜或緊密的半徑形狀，可能還是需要手動(dòng)干預(yù)或高級(jí)工具修改。對(duì)于具有非常復(fù)雜的幾何形狀、深輪廓或緊角的零件，手工鋪設(shè)仍然是當(dāng)下的首選。
　　
　　4、材料兼容性：并非所有碳纖維復(fù)合材料都與自動(dòng)鋪絲（AFP）和鋪帶（ATL）工藝兼容。部分高度定制或特種預(yù)浸料，可能無法與自動(dòng)化系統(tǒng)很好地配合，這限制了自動(dòng)鋪絲（AFP）和鋪帶（ATL）工藝在應(yīng)用中的靈活性。
　　
 
　　智上新材料認(rèn)為，短期內(nèi)自動(dòng)鋪絲（AFP）和鋪帶（ATL）技術(shù)的應(yīng)用還是集中于高端行業(yè)，而且替代的是難度相對(duì)較低和重復(fù)度較高的部分。自動(dòng)鋪絲（AFP）和鋪帶（ATL）設(shè)備成本高昂，維護(hù)難度也比較高，未來可以從這些方面著手，優(yōu)化操作難度、降低設(shè)備成本、提高應(yīng)用能力，才能逐步向更多行業(yè)推廣開來。當(dāng)然還有一點(diǎn)非常重要，那就是碳纖維材料本身的產(chǎn)能提升上來，價(jià)格走低，量變引起質(zhì)變，才是解決這一問題的合理方式。