碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用價值已經(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，手動鋪層的方式不僅增加了大量的作業(yè)時間，也提高了失敗的風(fēng)險(xiǎn)。那未來是否可以通過全自動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，而往往伴隨著長時間的鋪層和后續(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鋪絲（AFP）和鋪帶（ATL）自動化完成，尤其是邊邊角角這些位置，只有手動操作才能達(dá)到效果。而且在一些定制的碳纖維零部件上，手動操作的靈活性更高。
　　
　　2、生產(chǎn)規(guī)模較小：碳纖維異形件的數(shù)量往往不多，或者異形件本身的體型偏小，因此廠家在評估生產(chǎn)難度和周期時，會判斷出小規(guī)模的生產(chǎn)訂單，無需使用自動化設(shè)備來完成。自動化設(shè)備價格昂貴，對小規(guī)模生產(chǎn)項(xiàng)目來說并不劃算。出于對加工成本的考量，手工鋪層的性價比更高，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)。
　　
 
　　碳纖維自動鋪絲（AFP）和鋪帶（ATL）技術(shù)是否可以普及？
　　
　　碳纖維自動鋪絲（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)電葉片和儲氫瓶等。在制作這些碳纖維零部件時，自動鋪絲和鋪帶技術(shù)不斷提升，相應(yīng)的設(shè)備調(diào)試也在不斷完善，未來會有更多碳纖維產(chǎn)品會用上此類技術(shù)。
 
　　自動鋪絲（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。另外自動化流程降低了人為錯誤的風(fēng)險(xiǎn)，從而生產(chǎn)出更加統(tǒng)一的產(chǎn)品。
　　
 
　　自動鋪絲（AFP）和鋪帶（ATL）技術(shù)普及面臨的挑戰(zhàn)
　　
　　1、初始投資高：自動鋪絲（AFP）和鋪帶（ATL）設(shè)備需要大量資本投資，設(shè)備價格昂貴，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，但對中小企業(yè)來說卻是一個難以逾越的障礙。
　　
　　2、編程和調(diào)試復(fù)雜性高：自動鋪絲（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。對于復(fù)雜或不規(guī)則的幾何形狀，對機(jī)器進(jìn)行編程以使其遵循復(fù)雜的路徑，耗費(fèi)的時間過長，并且還需要專業(yè)知識的加持。
　　
　　3、處理復(fù)雜形狀的限制：自動鋪絲（AFP）和鋪帶（ATL）技術(shù)更適合生成較大的、相對簡單的形狀，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，可能還是需要手動干預(yù)或高級工具修改。對于具有非常復(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，可能無法與自動化系統(tǒng)很好地配合，這限制了自動鋪絲（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較低和重復(fù)度較高的部分。自動鋪絲（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，價格走低，量變引起質(zhì)變，才是解決這一問題的合理方式。