4、自動鋪放技術。自動鋪放技術包括自動鋪帶和自動鋪絲。目前,該技術在速度和準確度上有了很大改進,以自動鋪放技術為代表的自動化成型技術能夠降低生產成本,提高復合材料構件質量。但是由于應用規模的限制,全自動化生產往往會造成有限規模的復合材料成本較高,因此一定程度上的自動化生產,仍是復合材料低成本制造比較經濟的手段。
5、其他。近年來,更多的復合材料低成本成形、制造方法得到了應用,如復合材料低成本工裝等技術在近年來得到了業界專家格的外關注,國外開展了一些新的低成本方法,如復合材料快步成型法縮短了固化時間,流動成形法在大型零件的成型制造中大大降低了高比強度復合材料的成本等等。
復合材料低成本制造的發展趨勢和改進措施
在滿足結構減重和性能指標要求的前提下開發新的低成本技術,將是飛機復合材料從業人員的首要任務,這也是一個循序漸進的過程,需要技術、設備、人員協調、管理層次的共同努力。
(1)完善已有工藝,逐步實現設計/材料/制造一體化技術。 如RTM、RFI、VARI等技術雖然已經發展得比較成熟,卻仍然面臨一些問題,如RFI對樹脂的工藝性要求較高,VARI對樹脂流動性的較高要求等。而對于其他的一些工藝(如非熱壓罐固化),雖然前景看好,但仍面臨諸如會使碳纖維體積含量減少的問題。因此,改進已有工藝已成為當務之急。
(2)逐步實現復合材料制造過程自動化。在世界范圍內自動化加工設備的利用已經成為一種趨勢。制造過程的各個工序,如對預浸料鋪層設計形狀進行的切割處理、制件鋪疊過程中的鋪層定位和輔層操作,制件固化過程的監測和控制等,均存在自動化的可行性。自動化利用的增長,能夠在降低人工成本(尤其是在日本、澳大利亞等國)的同時,消除人為操作失誤,成為一種提高產品質量、保證質量一致性的重要手段。隨著復合材料在飛機部件應用規模的擴大,全自動化成形最終將在保證性能指標的前提下實現復合材料低成本制造的目的。
(3)合理選擇優化方案,以縮短裝配制造周期和應用關鍵技術,應對復合材料的成本問題。如飛機上如何使用復合材料,如何使用金屬材料,如何設計才能保證其具有最優的性能和較低的成本。例如,空客A380上機身大量應用了Glare層板,與相應的鋁合金板比較實現減重25%~30%、疲勞壽命提高10~15倍的效果,較之以前應用的ARALL層板有更好的雙周疲勞性能,且成本較低,只是比重稍大。
(4)開展低成本制造新工藝。 如近年來發展起來的電子束固化、Z-pin技術等,前者不需要熱壓罐,可在室溫下固化,從而降低模具費用,節省能源,減小制品中的熱應力,制品綜合性能好,是纖維增強復合材料低成本生產的一種新方法;后者適用于不同結構特征的低成本泡沫材料,在一定情況下,可以有效降低成本。因此,在保證滿足性能、減重要求的前提下,開發一些列新型低成本制造工藝是降低復合材料制造成本的有效途徑。
(5)建立科學的制造成本模型與可行可信的估算方法。
(6)在管理層面上,積極開展、制定低成本復合材料計劃。如美國國防部聯合NASA、FAA和工業界共同發起并制訂的低成本復合材料計劃取得了巨大的成功。未來,更多更長遠、更符合現代生產的低成本計劃的制定和實行,將不斷推動相關技術與設備的發展,技術與管理相輔相成,進步一實現復合材料低成本制造。