基于输送带铺层的高速精密热塑性复合材料制造

为加速铺层同时保持设计灵活性，SABIC 与 Airborne 借鉴邮政分拣思路开发热塑性复合带料铺层工艺。多个廉价托盘在输送系统上循环，短暂停靠各馈料单元。每单元切割并投放一层尺寸朝向正确的带料铺层至托盘，托盘推进至下一单元。托盘持续循环经馈料单元，直至各堆叠达成给定层压设计所需层数与朝向。来源 | SABIC

数字化复合材料制造线（DCML）是生产热塑性复合带料固化层压板的新型高速系统，承诺每分钟产出最多 4 张（各至多 15 层）层压板，单线年产 150 万张——含 100% 数字化全检（含测量与数据追溯——进料与出料）。该产率显著超越市面上任何商用带料处理系统——无论热塑性或热固性——且专为满足消费电子行业高产出与有效转换成本而设计（见《消费电子：混合复合盖板》）。所幸此类零件不大——非航空航天/汽车规模——但 OEM 需求量级达千万级/年。

"高速热塑性带料转换工艺实为刚需，因现有技术相对劳动密集、昂贵、缓慢，" SABIC 全球复合材料负责人 Gino Francato 解释，"这使难以在高/超高产量行业经济论证并利用这些材料优势——薄、轻、高美感、抗冲击、高力学性能、可回收。无大幅提速与全自动处理检测，热塑性带料将长期局限于航天汽车等高成本小众市场。"

DCML 由 SABIC（荷兰贝尔根奥普佐姆）与 Airborne（荷兰海牙）共同孵化，融入西门子（德国慕尼黑）与 KUKA（德国奥格斯堡）技术。SABIC 贡献材料技术与复合建模工具加速定制材料开发与零件虚拟原型。Airborne 建线并贡献自动化、数字化、复合生产工业化专长。西门子贡献集成产品生命周期管理（PLM）与可编程逻辑控制器（PLC）软件强化自动化与机器学习。KUKA 贡献工业机器人与工厂自动化方案。虽新高速工艺自 2018 起多次发布会披露概况，但诸多细节未公开。现汇总已知信息。

托盘离开输送环进入焊接工位，各堆叠两点点焊以便固化工位机器人抓取。固化后层压板进入修边检测（图示）。来源 | SABIC

线体设计产出可定制近净形平板层压板，用单向（UD）热塑性带料，含铺层、固化、修边、数字/目检、自动释放包装发运。每分钟最多 4 张层压板，每张可不同铺层方案、朝向、层数，理论上甚至可用不同材料（不同增强与树脂，需增设馈料单元）。

同步实现不同铺层仅取决于给定铺层设计的托盘经各馈料单元循环次数，以达成正确层数与朝向完成铺层方案。鉴于消费电子机型迭代极快，灵活性是系统核心，前端可扩展增设馈料单元，后端可拓展功能（如钻孔、预成型等）。初期跑 SABIC 单向碳纤维增强聚碳酸酯带料，据称系统灵活跑 PE、PP 至 PEEK 等热塑性带料，增强 UD 碳纤/玻纤或两者兼有、甚至织物织造。

系统兼容工业 4.0，实现端到端数字化——从复合产品开发到车间物理生产——基于机器学习的全程质控自动持续改进。可远程监控控制，实时调整铺层方案、层数等设置以修改设计与材料性能。

功能上 DCML 三大段：铺层、固化、修边/检测。

独特在于铺层段不用自动铺带（ATL）机——典型 ATL 切带定长并按需朝向位置放置于分度台下。团队采用新颖高速法，借鉴邮件分拣分发，构建铺层堆叠。多廉价托盘输送带短暂停靠馈料单元。每单元切割投放一层尺寸朝向正确的带料（高分辨相机验带料缺陷变化、多点测宽测厚）入托盘，托盘推进下一单元。为减废提速，带料按项目所需宽度生产。托盘循环经馈料单元直至各堆叠沉积正确层数，继而两点点焊便于固化工位抓取。此法实现高速铺层同时保设计灵活性。

固化段，机器人从托盘取 4 个焊接堆叠（每次 2 个）置于金属板组间的独立输送系统。金属板加热从而加热固化层压板（接触加热），随后冷却机器人卸载至第三输送系统。上轮固化用金属板回收回板返线再入固化系统。每分钟 4 堆叠进出此段。

现固化层压板最终经检测、修边、包装。此工位单面检测修边后，第二机器人翻面检测另一面。修边技术细节未披露。

DCML 如任何制造系统有局限。主要牺牲可用铺层朝向、铺层尺寸形状、终板尺寸、开孔/窗口铺设能力。但以速度、产出、废料率、转换成本优势远超此限。

据悉 Airborne 荷兰首条全规模商业线明年投产，为消费电子客户生产定制热塑性层压板。第二条实验室级线已在 SABIC 聚合物工艺开发中心（PPDC，美国马萨诸塞州皮茨菲尔德）供客户试用评估层压板质量。

除消费电子，航空航天、汽车、轨道交通、运动用品、医疗等亦为潜在目标市场。