革新复合制造解锁新市场机遇：CompoTech创新实践

虽公司根基无疑在绕丝成型，CompoTech通过销钉绕丝、覆绕及创新工装材料概念将该工艺推向新应用。结果形成工艺流动性，常通过混合化实现新性能水平，例如与金属及制造方法如3D打印和自有版本自动化铺纤（AFL）混合。

CompoTech在捷克Sušice设施生产广泛应用部件含工业设备（真空吸盘组件左上）和农业设备（喷雾臂右上）。来源：Bilsing Automation（吸盘左上）、Hardi International（喷雾臂右上）、CompoTech。

CompoTech（捷克Sušice）1995年由Ondrej Uher和Vitek Sprdlik创立，现任公司研发总监和技术总监。“他们最初为生产皮艇独木舟桨杆制造绕丝机，集成自有0°纤维轴向绕丝技术，”CompoTech业务发展总监Humphrey Carter解释。“这现成核心竞争力。我们证明此结构制造更强更刚、纤维抗屈曲更高的结构。”

公司还开发绕制一体化复合环用于连接。用于悬挂滑翔机翼梁到传动轴和工业部件。“CompoTech设计机器和控制软件，”Carter说。“因全工艺可控，能更优化设计。我们按设计准则定制开发工艺技术，可供技术合作伙伴及复合设计师生产商使用。如授权技术给Southern Spars/North Marine Group。”

CompoTech绕丝绕销钉（左）生产集成连接件结构（右）。来源：CompoTech

设计机床工具

公司现雇约50人，近半在设计工程。与捷克技术大学（CTU，布拉格）和西波希米亚大学（皮尔森）紧密联系。CompoTech为广泛应用开发复合解决方案：农业喷雾设备臂、风机叶尖轴、自行车车架轮组、汽车装配夹具管框、激光切割和CNC机床轻量化龙门部件。

“因捷克机床工具行业普遍，我们自2000年代初涉足该领域，”Carter解释。“这是极保守不懂复合材料行业。我们参展机床展教育他们。”该行业知晓加速部件和切削面（如铣齿）振动降低加工精度刀具寿命。CompoTech解释切削工具谐波——基于质量刚度施加载荷/力的振动——常为性能生产力限制因素。鲜为人知的是碳纤维增强塑料（CFRP）可用于机床结构和刀柄降低质量增大刚度对比钢。用沥青基纤维，CompoTech报告减重25%、刚度提升200%（单向纤维达400 GPa）。这是提高结构固有频率防共振两主要途径。共振即结构自振，加剧已易振动旋转部件和变速机械问题。

CompoTech用CFRP及额外阻尼材料减重增刚增阻尼对比钢防振动。技术也减少机床漂移提升加工性能生产力。来源：CompoTech

“用我们工艺CFRP也比高压釜复合材料减少机床漂移，因诱导热应力更小，”Carter加说。“刀柄常为细长梁，随时间变化视设计材料组成而定。这影响刀具相对位置降低精度。”

阻尼方面，CompoTech超越纤维聚合物复合固有特性，开创引入其他材料，提供钢12-20倍阻尼，直接抵消振动加速衰减（见上图）。“我们设计阻尼复合材料达成目标性能表现超十年经验，”Carter说。例：新工件卡盘设计所需夹持力远低于钢卡盘。另例：EU资助INTEFIX项目开发难加工Inconel 718合金航空发动机低压涡轮（LPT）机壳车削改进夹具。CompoTech开发CFRP环替代夹具定位金属环。结果无刚度功能损失前提下改善工件行为提升加工性能。实际上夹具变智能，能随过程自适应调整工件夹持。

CompoTech联合CTU、KIMM和Samyang Reduction Gear开发电动汽车混合金属/复合变速箱齿轮轴，减重降噪。来源：CompoTech

CompoTech持续开展电动汽车混合金属/复合变速箱工作，目标减质量25%并通过提高固有频率和阻尼降噪。项目（2016至2019年10月）联合捷克技术大学（CTU，布拉格）、韩国机械材料研究院（KIMM，大田）和Samyang Reduction Gear（韩国仁川）。变速箱主体为复合含金属嵌件轴承面。CompoTech设计制造上下变速箱体及齿轮轴。均含多部件胶粘结合。CTU提供测试有限元分析，韩方合作伙伴提供技术规格并完成装配测试。

CompoTech开发单片式副翼，用绕丝成型和纵向肋替代常规隔框肋、预浸料和胶粘，成果轻量抗分层结构，尤尾缘。来源：Ginger Gardiner，CW at JEC 2019

抗分层副翼

Carter解释大量CompoTech为机床工具研发后应用新应用，如Aero Vodochody AEROSPACE（捷克奥多莱纳沃达）L-39NG教练机副翼。“这是高要求应用，尾缘极高压力，”他说。除飞行载荷，武装版翼挂火箭发射产生压力波。“常规复合结构副翼尾缘分层，”Carter注。“我们消除所有胶粘，改用湿法绕丝共固化制造一体化结构。花费数月开发设计工艺步骤。先用机器人辅助绕丝机绕丝成型四根箱梁构成副翼翼梁。这些为梯形、前缘和尾缘D形。”尾缘另加独立件制造更气动表面。

“随后在芯轴上连接所有部件并覆绕在纵向肋上形成外表面，”Carter续说。整体结构真空袋装室温固化后90℃后固化。

“此项目例证我们如何与客户协作开发工艺技术设计。我们意图非量产副翼或其他部件。我们生产机器客户绕制部件。”副翼现飞行，Aero Vodochody L-39NG教练机订单积压4年。

总体CompoTech湿法绕丝工艺基于精度，基本即时制造带材预浸料。“多用环氧树脂100℃固化，”Carter说。“需更高Tg应用如油气井下工具，可140℃固化。”

高轴向刚度、厚复杂截面3D细胞复合材料示例。来源：CompoTech

新工艺

3D细胞复合材料（3Dc）是CompoTech命名的一系列工艺，生产三维增强复合材料。截面呈细胞状，结构实现X向极高0°（轴向）纤维含量，通过Y、Z向纤维形成细胞壁互联。此结构承载剪切载荷跨截面经细胞壁，允许实现更有趣截面如上图T槽。

公司也3D打印芯轴和支撑满足扭转和固有频率要求而非加厚层压板。“这是另一联合CTU项目，”Carter说，“开发结构自动化内部设计。”他注热塑性复合绕丝大规模起势。“这是我们下一步，结合热塑性绕丝与3D打印用折叠创新复合成型模具及机床结构。”

CompoTech用混合工艺制造高刚轻量CFRP龙门结构提升机床精度速度。来源：CompoTech, Eagle Laser.