AMRC將碳纖維編織提升到全新維度

謝菲爾德大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究中心(AMRC)在成功獲得資金招標(biāo)碳纖維織物后，購買了3D織機(jī)和提花機(jī)，使用先進(jìn)的纖維加工設(shè)備使碳纖維編織成為一種全新的高科技技術(shù)。新設(shè)備安裝在合成中心，大約需要兩個星期的時間來建造。隨著時間的推移攝像機(jī)將記錄復(fù)雜裝配在每個階段的照片。

編織是一種基本的工藝，能夠使兩條以上紗線在斜向或縱向互相交織形成整體結(jié)構(gòu)的預(yù)成形體。這種工藝通常能夠制造出復(fù)雜形狀的預(yù)成形體，但其尺寸受設(shè)備和紗線尺寸的限制。在航空工業(yè)，目前該技術(shù)主要集中在編織的設(shè)備、生產(chǎn)和幾何分析上，最終的目的是實現(xiàn)完全自動化生產(chǎn)，并將設(shè)備和工藝與CAD/CAM進(jìn)行集成。為了克服二維編織厚度方面強(qiáng)度低的問題，開發(fā)了三維編織技術(shù)，為制造無余量預(yù)成形體提供了可能。但是該技術(shù)同樣受到設(shè)備尺寸限制。

編織在航空航天工業(yè)的應(yīng)用很有潛力。而采用經(jīng)向針織技術(shù)，并與纖維鋪放概念相結(jié)合，制造的多軸多層經(jīng)向針織織物一般稱為經(jīng)編織物。這種材料由于不彎曲，因此纖維能以最佳形式排列。經(jīng)編技術(shù)可以獲得厚的多層織物且按照期望確定纖維方向，由于不需要鋪放更多的層數(shù)，極大提高經(jīng)濟(jì)效益。國外目前已經(jīng)能夠在市場上獲得各種寬幅的玻璃和碳纖維經(jīng)編織物。國外航空航天工業(yè)部門正在研究將這種技術(shù)用于次承力和主承力構(gòu)件，已經(jīng)在飛機(jī)機(jī)翼桁條和機(jī)翼壁板上進(jìn)行了驗證，預(yù)計未來將在飛機(jī)制造中廣泛應(yīng)用。

除了3D織機(jī)和提花機(jī)外，復(fù)合中心還將配備許多其他新設(shè)備，其中包括編織系統(tǒng)、定制纖維放置、高溫高壓繞絲機(jī)、拼接機(jī)器人、拖曳擴(kuò)展器和機(jī)器人末端執(zhí)行器。這些將被用于制造預(yù)制件，并開發(fā)包括接合、自動化和浸漬在內(nèi)的商業(yè)化的使能技術(shù)。

AMRC復(fù)合中心的纖維發(fā)展經(jīng)理克里斯麥克休說：“3D織機(jī)和提花機(jī)為生產(chǎn)非常復(fù)雜的碳纖維預(yù)制件開辟了新的機(jī)會。它將把碳纖維編織推向一個新的維度。克里斯最近加入了AMRC復(fù)合中心，具有豐富的紡織經(jīng)驗和幾十年的經(jīng)驗。早些時候，克里斯曾為多家頂尖開發(fā)實驗室工作。克里斯補(bǔ)充說，“這種設(shè)備將在下一代航空航天和汽車用輕量化材料中發(fā)揮關(guān)鍵作用，采用多材料、多過程的預(yù)成型方法”。據(jù)克里斯介紹，將通過延時相機(jī)記錄建造的每一個階段的細(xì)節(jié)，這將是一個很好的工具，讓人們看到建造這種大型設(shè)備所需的步驟。