自动化预成型第7部分：Fill Gesellschaft如何革新滑雪板生产

这是预成型系列七篇文章的最终篇。更多系列内容请点击下方链接：

来源：Fill Gesellschaft

自动化案例回顾

Fill最初开发机器旨在为Fischer自动化滑雪板生产。如今仅需25%的工人即可产出原年产量的80%。滑雪板属混合设计，包含玻纤/碳纤复合层、木芯、钢边和多种塑料。

Fill供应多代滑雪板自动化生产设备。来源：Fill Gesellschaft 2017 CAMX演示。

BMW项目

随着BMW开发i3、i8和新7系车型——均采用碳纤维增强塑料（CFRP）复合材料——Fill提供了一系列自动化解决方案。

来源：Fill Gesellschaft 2017 CAMX演示

复合材料一体式车身

Fill还为Mubea CarboTech开发了独特生产线，可生产大众VW XL1和保时捷918 Spyder两款车型的CFRP一体式车身。该自动化线包含多工位驱动成型工具、高压树脂传递模塑（HP-RTM）压机、后固化和机加工能力。

Fill为Mubea CarboTech提供复合材料一体式车身生产线。来源：Fill Gesellschaft 2017 CAMX演示

自动化铺层

针对自动化铺层，Fill开发了适应多种材料的系统，包括宽度达3米的干织物（用于BMW大批量生产）。SpeedLayer 800风机叶片主梁自动铺带系统可将宽度达800mm的单向碳纤维预浸料以1.5 m/s速度、±1.5mm精度铺设，可处理600kg预浸料卷，集成工艺验证和质量保证功能。

Fill开发多种自动化铺层系统（左），含用于风机叶片主梁的SpeedLayer 800，铺设宽达800mm单向碳纤维预浸料（右）。来源：Fill Gesellschaft 2017 CAMX演示

低成本柔性集成复合工艺（LOWFLIP）项目是2013年10月至2016年10月为期3年的欧盟资助项目，Fill与其他9家合作伙伴共同参与，旨在自动化非高压釜固化（OOA）交通运输结构的预浸料铺层。包含三个演示件：

• 2.5×2.9米卡车前壁
• 1.2米汽车横梁
• 1.0×1.2米加筋蒙皮飞机尾锥面板

Animation
多功能夹具

Fill与9家合作伙伴在LOWFLIP项目中开发自动化铺层单元，生产大型复合材料交通结构无需高压釜。来源：Fill Gesellschaft 2017 CAMX演示

“我们用电阻加热将模具加热至120°C，”Fill复合材料与塑料能力中心负责人Wilhelm Rupertsberger回忆。“自动化铺层全程材料保持张力，”他补充，“实现了直接铺设于模具上的无皱成型。我们构建了人工流程，但用机器人提升重复性。”

上图LOWFLIP团队照片中可见卡车前壁(左)、汽车横梁和飞机尾锥面板演示件。来源：Fill Gesellschaft 2017 CAMX演示

从多层铺设到多层系统

Fill的Multi-Layup系统最初用于生产汽车白车身（BIW）零件如后壁和保险杠下加强件，采用热塑性带材，设想零件包含注塑成型肋等特征，因此预成型铺层周期需匹配后续注塑周期。

我2017年JEC展后博客包含Multi-Layup系统视频，该系统从多卷同时供带，一次性铺设每层所需所有带材，而非串行单带铺设，实现每层10-15秒周期。

Fill现进一步改进并更名为Multilayer系统。可供带、切割并铺设最多16条宽度达50mm（各厚0.01-0.04mm）带材至旋转工作台。铺带床最大成型件1.6×1.6米。铺带速度约500 m²/hr——每12-15秒完成一层全尺寸铺设，成品预成型件周期约1分钟。层间非完全固结，经热粘结连接。每卷带材用尽自动换卷无需停机。

Fill Multilayer自动化预成型系统在仅按需铺带、按需取向实现定制层压板的同时，大幅减少修边废料。来源：Fill Gesellschaft 2017 CAMX演示

成品预成型件随后在压机固结。“我们已将Multilayer与自动化固结压机和Engel注塑单元集成，三者协同实现1分钟周期，”Rupertsberger说。Fill今年早些时候收到澳大利亚斯威本理工大学首台Multilayer系统订单，将在2019年JEC World（3月12-14日，巴黎）首次现场演示。

RTM压机与自适应注射

Fill供应多台RTM压机，含供予SGL Composites的HP-RTM压机。

Fill供应多种复合材料生产压机，含供予SGL Composites的HP-RTM压机(右)。来源：Fill Gesellschaft

Fill与Airbus Operations（德国Stade）及亚琛工大塑料加工研究所（IKV）合作，为航空复合结构开发创新自适应注射单元。RTM成型零件上机前需经耗时昂贵的质量保证（QA）流程。为缩短流程，RTM成型工具配备传感器，使QA可在线部署。IKV、Airbus和Fill现将传感器集成至注射系统，免去为每个成型工具单独配备传感器。采用一次性墨盒（类比典型RTM系统活塞注射），自适应注射单元配备传感器箱，可就地测量记录：

• 温度
• 压力
• 树脂粘度
• 树脂体系交联密度
• 玻璃化转变温度(Tg)

在确保成型件质量同时，该数据亦可用于管理控制注射工艺。这套工业4.0自适应注射系统面向航空复合材料开发，并延伸至汽车等其他行业。

热成型

近期Sara Black和我撰写的以色列高性能复合材料考察文章提到，多数企业采用热成型。Elbit Cyclone讲解员Jonathan Hulaty曾言：“不知道没有热成型如何实现此类高速预浸料零件生产”，指波音787组件用梁和支柱。热成型机(HDF)也被FBM和以色列航空航天工业视为不可或缺。Fill供应HDF系统多年，含FACC生产线多台。其本质为真空成型系统，配备红外或其他加热元件及可复用硅橡胶膜，在固化前对工装上预浸料铺层加热压实——脱泡。HDF成为下图完整航空复合材料生产线关键环节。

热成型已成预浸料复合材料航空结构大批量生产关键推手，Fill将其自动化集成于全流程解决方案。来源：Fill Gesellschaft

CFRP工业4.0生产单元

2013年底，Fill开始与一级供应商合作开发CFRP翼梁条生产系统，用于加固空客A320襟翼外壳。投产后成功减少工位、改善生产流程，提升易用性。包含：

• 自动成型工具存储
• HDF工位
• 压-转-提工位，将层压板加工成翼梁条

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Fill开发三代自动化生产单元(右)生产预浸料襟翼翼梁条(左)。来源：Fill Gesellschaft

第二代系统2017年投产。首代侧重优化单工位，二代旨在最小化人工任务、集成所有工具物流。三大开发领域使二代实现高重现性和显著产率提升：

• 成型工具人工存取替换为全自动工具回收，缩短物流周期，空间需求减少50%以上。
• 子流程进一步自动化减少非生产时间。
• 所有记录报告工业4.0数字化。Fill开发软件实现全程可视化、记录每个组件全链路历史。传感器检测工具物料可用性，避免瓶颈、优化补货。

用于A320和A350起落架襟翼翼梁条自动化生产单元的压-转-提工位。来源：Fill Gesellschaft

Fill现开发第三代系统，面向空客A350-900襟翼外壳。同样包含工具存储、膜成型(HDF)工位、压-转-提工位、自动工具回收，并引入高压釜工具传输系统，以AGV替代以往人工叉车和电动牵引车。Fill已着手未来系统，探索如何进一步改善人机协作。

Accubot

复合材料行业尚未明确表达对多工序工作单元的未来需求时，Fill已开发首批原型——Accubot。核心理念：利用激光跟踪器空间补偿及直接外部测量系统，开发高精度机器人，可通过末端执行器切换功能，既是无损检测(NDT)单元也是加工单元。Accubot应用包括：

• 钻孔
• 铆接
• NDT - 超声波喷水探头
• NDT - X射线
• NDT - 计算机断层扫描

Accubot钻孔(左)和高速超声扫描NDT(右)。来源：Fill Gesellschaft。

FlexHyJoin

Fill参与欧盟资助项目FlexHyJoin（柔性混合连接生产单元）。该3年计划旨在开发全自动化试点工艺，通过激光连接和感应连接技术结合，实现汽车应用中金属支架/配件与热塑性复合材料的连接。Fill设计制造自动化单元含软件及各技术集成。

Fill研发持续推进。深知创新智能生产系统是实现复合材料零件经济化、大批量化的关键，并致力按客户规模和特定需求开发此类系统。

来源：FlexHyJoin。
Fill Gesellschaft作为FlexHyJoin项目一部分开发的自动化混合连接单元。来源：Fill Gesellschaft和FlexHyJoin。