铺放设备及其市场应用情况分析（上）

图 所示为采用自动铺带机制作B787飞机机身

图 所示为B787机身段整体自动铺丝成型。

20世纪与21世纪之交，我国国内开始研发自动铺放。2002年，南京航空航天大学申报的自动铺放列入国家“863”项目。迄今已取得些许成果，然相比欧美发达国家仍有不少差距。在诸多复合材料工艺装备中，自动铺放设备，尤其是铺丝设备，技术难度是最大的。美囯至今不允许自动铺丝机对我国出口，实则欧洲有几个国家水平相当高，美国自己也从欧洲购买铺放设备。

自动铺带主要用于机翼蒙皮类小曲率件铺放。自动铺带机主要分为两类：10轴龙门式自动铺带机和专用自动铺带机。与一般复合材料自动化成型技术（拉挤、缠绕、模压、RTM、编织等）不同，自动铺带机不仅要精确控制铺带头运动轨迹，而且要实现铺带头内部预浸带输送、铺放和切割等运动，并可对预浸带质量（宽度、夹杂、缺纱等）、预浸带进给、切割质量、成型温度、成型压力和铺带间隙等技术指标进行精确控制。故自动铺带机不但需要明显高于其他复合材料自动化设备的加工精度和运行平稳，而且需要更强大的控制功能和灵活性（多轴插补、多I/O控制点、多模拟量控制）。

国外自动铺带设备供应商有美国 MAG Cincin⁃nati 公司、Automated Dynamics、西班牙 M.Torres、法国 Forest-line、德国 Dieffenbrcher 等。

国内引进MAG的有上海飞机制造有限公司（简称“上飞”）、航空工业江西洪都航空工业集团有限公司（简称“洪都”）；引进 MT 的有哈尔滨飞机工业集团有限责任公司（简称“哈飞”）、中航沈飞股份有限公司（简称“沈飞”）、中航西安飞机工业集团股份有限公司（简称“西飞”）、航空工业成都飞机工业（集团）有限责任公司（简称“成飞”）、江苏恒神股份有限公司（简称“恒神”）、四川明日宇航工业有限责任公司（简称“明日宇航”）；引进 FL 的有中航复合材料有限责任公司（简称“中航复材”）。据称目前较为先进的铺带机是法国Forest-Line 公司的“大力神”双头自动铺带机。该机的特点是有两个机头进行铺带, 一个用绕在线轴上的无纬带铺带, 另一个用预先切割的材料, 可快速进行复杂形状的铺叠。

图 Automated Dynamics自动铺带机

图 哈飞引进之M.Torres自动铺带机

图 美国特拉华大学复合材料中心

2020年引进Mikrosam自动铺带机

（2）自动铺丝设备

铺丝是美国在 20 世纪 80 年代中后期发展起来的，国外自动铺丝技术均源于美国 90 年代时的技术，主要用于机身类双曲率件铺放。1990 年，第一台纤维铺放机由一家航空航天公司生产。第一家在飞机生产上实施自动铺丝的公司是波音公司。波音公司和大力士公司进行了一项美国政府资助的计划，为贝尔/波音 V-22 鱼鹰飞机的后机身设计铺丝工艺。

图 V-22后机身7轴铺丝成型

图 采用纤维铺放制作F/A-8e/F超级大黄蜂战斗机

机身外壳（美国波音）

铺丝头由纤维束供料卷轴、牵丝辅助装置、剪切刀具、张力控制、照相监控以及固化加热等装置组合而成。如图所示自动铺丝机有七个运动轴，由计算机数字控制。该机由三个位置轴（托架、倾斜、横向进给）、三个定位轴（偏航、俯仰、横摇）和转动工作芯轴的轴组成。当机器在贴合牵引时所有这些轴都是必须的，机器有多达32个可编程双向电子张力器。

图 自动铺丝机

自动铺丝设备供应商有美国MAG CincinnatiMachines，Inc.、Ingersoll Milling Company、Automat⁃ed Dynamics、Entec Composite Machine，西 班 牙 M.Torres，法国 Forest-Line、Coriolis，北马其顿 Mikros⁃am，德国 BSD 等。就铺丝机技术而言：MAG 最早，Ingersoll 开发机型最多，MT 机械系统最先进，Corio-lis 最有特色，EI 最朴素和实用。

（3）机器人铺放设备

近年美国推出了专用的机器人铺放设备（见下图），用以将预浸织物铺放在模具上，并修剪边缘，制作如机翼蒙皮等轻度轮廓形状的产品。

随着全球自2022年逐渐放开，全球航空客运业在2023年开始复苏，预计2024年全年将加速复苏，从而使商业航空旅游业接近2019年以来的最高水平。而这一复苏也势必将增加美国波音、欧洲空客以及整个航空供应链的生产压力。

根据美国航空航天咨询公司Teneo 的说法，2022年新冠疫情的政策缓和有助于促进美国客运航空旅行的广泛复苏。在英国，相关政策实施的时间更长，使得航空旅行的复苏滞后，但也遵循类似的模式。此外，Teneo预测，到2023年底，全球大多数航空旅行水平将比2019年疫情前低几个百分点（见下图）。

图 全球航空旅行水平

2022年9月，空客公司宣布，由于预计需求将持续增长，空客已开始逐步提高飞机制造率。具体而言，空客表示其计划在2022年交付近700架飞机，尽管截至2022年9月，该公司年内交付总量仅为437架。按照其生产速度，空客有望在2022年内交付近600架飞机，尽管该公司表示将在今年余下时间增加产量以实现目标。

无论情况如何，到2025年，空客公司计划将产量提高到每年近1000架，这意味着每月产量约有80架。这样的速度不仅给空客公司带来了压力，也给该公司的供应链带来了压力，包括航空领域用复合材料的供应链。

（未完待续）