航空航天业继续增加复合材料的使用，这一现象正在推动学术界、贸易团体和制造商研究和开发方法，以增强使用这些材料的技术和工具。
其中一些进步包括复合材料本身的改进，但其他进步涉及制造机械的改进；用于机器控制和模拟的软件；组装技术；
是什么推动了这些改进？
就像在汽车行业一样，轻量化是航空航天的圣杯。更轻的车辆，无论是在路上还是在空中，都可以使用更少的燃料并减少碳排放。不过，除了提高性能和节省燃料外，复合材料还具有抗腐蚀的额外优势。
因此，预计至少到 2033 年，复合材料的使用将保持高速增长，当时的估值为 60 亿美元，消费据市场研究公司 Lucintel（德克萨斯州达拉斯）称，复合材料的消费量为 1.34 亿磅。
“商用航空航天业的复合材料消费量将由波音 787、A350 XWB 和 A380 三个项目推动，”根据 Lucintel 的网站。 “空客 A380 和（波音）787 每架飞机都包含超过 100,000 磅的复合材料。”
由于在汽车和先进复合材料制造创新研究所（田纳西州诺克西尔）的设计、建模和仿真技术总监 R. Byron Pipes 说，航空航天工业等行业是一个公私合作伙伴关系，旨在提高国内生产能力、发展制造业和创造就业机会整个美国的复合材料行业。
“我们现在使用 1 亿磅纤维，”他说。 “如果我们致力于制造复合材料汽车，我们将使用十亿磅纤维。”
波音 787 在其机身和主要结构中比以往任何波音商用飞机都更多地使用了复合材料。资料来源：波音公司Abaris Training Resources（内华达州里诺）直接服务部门经理 Lou Dorworth 在谈到自动纤维铺放和铺带机的使用增长时说：“十年前，我们由于应用了自动铺层方法，铺层率可能会比现在低 50%。”
“通过将这两种技术结合在一台机器中，这对自动化来说是一个很大的优势，”Dorworth 说.
不止一位专家关注机器人技术和自动化。
LIFT 站点：长岛技术论坛（纽约长岛），一个促进技术相关业务增长的非营利组织，使用 Automated Dynamics 的自动化光纤之一配备激光加热系统的贴片机。图片由 Automated Dynamics 提供材料与工艺工程促进协会（加利福尼亚州钻石吧），尽管手工叠层不太可能完全消失。
“有些事情无法完成，例如紧密的 3D 几何形状Beckwith 说：“随着自动化，例如一些非常复杂的树脂灌注工艺，”Beckwith 说。
Beckwith 还看到了航空航天业向汽车行业学习的机会，反之亦然。将这两个行业结合起来，分享信息是他的社会促进了这一点。
“汽车行业已经学会了如何使用快速固化或快速固化的树脂和工艺，这些树脂和工艺只需几分钟而不是几小时，这对航空航天人员来说非常有吸引力，”贝克维斯说。 “而汽车公司只是在了解碳纤维如何与航空航天业长期使用的某些树脂系统协同工作。”
与汽车行业不同，尽管机器人技术和自动化的使用越来越多，但航空航天业继续在车间采用劳动密集型流程。
“以自动化方式制造航空航天领域的小零件并不经济，”Dorworth 说。 “当谈到手工铺设时，它不会消失，我们看到的最大好处是包含激光投影仪和为操作员投射到铺设上的说明。”
Dorworth指的是马萨诸塞州的 Assembly Guidances 公司在复合材料组装过程中创新地使用了激光。
“光的模板”
在 20 世纪 80 年代中期，航空航天业正在寻找一种替代品用于定位复合材料以制造飞机零件的复杂、昂贵的模板。这些模板由聚酯薄膜或玻璃纤维制成，对于大型零件，每个模板可能要花费数万美元。
Assembly Guidance：这种自动光纤放置机配备了 Assembly Guidance（马萨诸塞州切姆斯福德）的 LaserGuide 投影仪（右下方的蓝色框） .照片由 Assembly Guidance 提供“有人说你可以投射激光来创建‘光模板’，”Assembly Guidance（马萨诸塞州切姆斯福德）总裁斯科特布莱克说，他当时参与了拉斯呃娱乐圈的灯光秀。 “我知道如何用激光绘图，但它们不是很精确。”
Blake 想出了如何将激光整合到复合材料层压工艺中，今天他的公司将其 LaserGuide 系统与自动化系统集成在一起ElectroImpact（华盛顿州 Mulkiteo）制造的光纤放置或 AFP 机器。
“这极大地缩短了激光投影仪的循环时间，”Blake 说。 “我们有客户在每个检测周期节省了一个多小时。”
LaserGuide 软件与 FiberSIM、TruLaser、Verisurf、计量数据和其他 CAD 和数控数据软件兼容。它适用于 Windows XP、2000、Vista 和 7 操作系统。
Blake 最近为 Assembly Guidance 的检测激光器添加了成像技术。这些图像永久存储，可以增强以更仔细地检查零件，并且可以在工厂或远程同时查看
Blake 解释说，上篮操作员是第一检查员，但联邦航空管理局指定的第二检查员也必须仔细检查这项工作。将图像发送到 FAA 指定的检查员的设备——无论他是在车间还是在工厂的其他地方——都有助于提高质量并节省时间，而不是必须找到他并等待他检查工作，他说。
该图像还通过计算机软件进行了分析。
“当您使用计算机进行自动检测时，关键特征不会被遗漏，”Blake 说。 “消除了疲劳、分心和无聊的人为因素。”
除了航空航天，Assembly Guidance Systems 还为全球风力涡轮机、船舶、一级方程式和汽车市场的高性能客户提供服务。
它还制作了 Multitasking KitGuide，这是一个指导从切割台卸载和分拣层的系统，最多可达 three零件。使用 Multitasking KitGuide 的操作员可以选择佩戴无线打印机来生成带有条形码的标签，以便在卸下工作台时贴在每一层上。
在复合材料方面，激光很热门
指导并不是航空航天工业车间激光器的唯一任务。 Automated Dynamics（纽约州 Niskayuna）将专有的激光系统与贴带头相结合，以在原位加固热塑性丝束，或在将热固性丝束应用于工件时对其进行加热。公司总裁 Rob Langone 解释说，集成高温计测量复合材料的温度并在实时、直接的反馈回路中调整激光。这允许在放置时精确、直接地控制材料温度，即使当放置速度变化时。
激光红外图像age：Automated Dynamics（Niskayuna，NY）使用热成像来演示激光能量分布的精确控制和激光能量传输的实时控制。照片由 Automated Dynamics 提供Automated Dynamics 的激光系统消除了对真空袋和高压灭菌器的需求，以及相关的材料和运营成本。与热气或红外线加热相比，这意味着能源成本可节省 90% 以上——如果可以取消高压灭菌过程，能源成本将提高几个数量级。
与使用热惰性气体（如氮气）或用于丝束整合的红外线灯。
使用红外线，操作员无法控制灯的输出或复合材料的温度，只能对整合过程做出有根据的猜测。
“使用红外线加热，你可以控制的距离你想要控制的只有两步之遥，”在 i 公司开始工作的 Langone 说。n 1988 年作为一名大学生。这家拥有 30 年历史的公司除了开发高性能自动纤维铺放设备（例如与 ATP 机器结合的激光器）外，还专门从事基于解决方案的工程服务并制造先进的热塑性复合结构。
使用根据公司文献，激光使该过程比使用热气或红外线快三到五倍。
使用激光的缺点包括成本、安全性和与复合材料的不相容性。
虽然激光加热系统比替代加热系统贵得多，但随着技术的进步，高能激光的成本正在迅速下降。然而，Langone 说，激光加热能够节省能源并提高产量，从而在批量生产中使用时迅速收回增加的成本。
由于激光不在可见光谱中，因此存在眼睛受伤的可能性。这是缓解通过使用 Automated Dynamics 专有光学器件以及眼睛保护装置和安全联锁装置实现。
而且，碳纤维很容易吸收激光辐射，而玻璃纤维则不会。现有技术可将激光加热用于对激光辐射透明的材料系统，并且该技术至今仍在不断发展。
巧合的是，碳和玻璃是航空复合材料中最常用的两种材料。根据公司文献，该技术还可以扩展到金属和陶瓷基复合材料。
2015 年，美国国家航空航天局向 Automated Dynamics 提供了一项小型企业研究资助，以进一步开发其激光加热工艺，以实现这一目标为生产级制造做好准备。据 Automated Dynamic 称，该技术具有应用于汽车、电子、商业航空、医疗、能源和化学加工行业的潜力s 对 NASA 的资助提案。
里程碑周年纪念日
当谈到与航空航天自动化复合材料叠层相关的计算机软件时，该行业有一个里程碑式的周年纪念日。
CGTech模拟软件：此图显示了 Vericut 的复合材料模拟软件的屏幕截图，该软件用于使用该公司的软件对机器进行编程的项目。图片由 CGTech（加利福尼亚州尔湾市）提供CGTech（加利福尼亚州尔湾市）为 AFP 和自动铺带或 ATL 开发了第一个独立于机器的仿真和 CNC 编程软件已经 10 年了。在该软件出现之前，制造商依赖机器制造商提供的软件，这些软件只能与他们的特定机器一起使用，迫使制造商在使用时实施多个离线 NC 编程产品该公司的营销传播经理 Bryan Jacobs 说：“多个品牌或年份的机器。”仿真，Vericut 复合仿真 (VCS)； AFP或ATL编程，Vericut Composite Programming (VCP)；和设计/模拟，Vericut 工程复合路径 (VCPe)。它们与大多数表面模型和铺层几何格式兼容，包括 NX、Creo、SolidWorks、STEP、ACIS、Catia V5 和 FiberSIM。
设计/仿真软件 VCPe 让设计师可以虚拟地测试和试验各种路径选项，并评估自动化制造对复合材料零件设计意图的影响。通过这样做，VCPe 消除了许多可能导致制造工程师将零件设计退回给设计工程师进行修改的不可预见的制造过程问题，因为它不会在用于制造零件的机器上工作，Jacobs 说。
与后处理和后处理 NC 程序相关的功能不包含在 VCPe 中：但是，用户可以测量和评估 AFP 路径轨迹、材料转向、表面曲率、路线收敛和他会在车间发现的其他工艺约束的影响。
CGTech 的 CNC 编程软件读取相同的 CAD 几何形状和铺层边界信息但也输出机器将用来运行的代码。包含 AFP 或 ATL 磁带课程的 VCPe 文件与标准 VCP 兼容，可用作离线 NC 编程的起点。它的模拟软件模拟了将要进行自动铺层的完整 AFP 或 ATL 机器，并验证了 CNC 程序。添加的材料是可测量的，并且可以根据制造要求进行检查。
薄就在
用于航空航天的复合材料的另一项进步正在蔓延，ak薄层高级研究所表示，虽然普通丝束可能有 5/1,000 英寸（127 微米）厚和 20 根纤维深，但散布丝束有 1/1,000 英寸（25.4 微米）厚，并且整个厚度仅由四到五根纤维制成，高级研究所表示Composites Manufacturing Innovation 的管道。
“我们制造的丝束越薄，它们就越坚固，”Pipes 说。 “我们不知道为什么，但有几种理论。
“如果你能弄清楚这一点，你或许可以学习如何让它变得更坚固。”
薄层也更少容易开裂和分层。 “分层趋势与厚度成反比，”他说。
喷射它们？
自从 Radius Engineering（犹他州盐湖城）开发出同样合格的树脂转移以来成型，世界上大多数大型飞机制造商都在该方法上进行了自己的开发计划，Radius 的业务开发人员 Tom Coughlin 说，一个封闭的模具d 工具和注射系统制造商（该公司还从事工艺开发和工作站设计）。
“我们已经这样做了足够长的时间，以至于我们的一些客户正在自己做，”Coughlin 说，指的是实现近净形状组件的技术。 “我们在游戏中停留的地方是提供工作单元。”
SQRTM（发音为“squirt 'em”）背后的原理是它使用与大多数复合材料飞机制造商预浸渍相同的树脂已经花费了几百万美元来获得资格。
“我们希望能够使用这些材料，因为它们对他们（作为 Radius 客户的制造商）很重要，”Coughlin 说。在 SQRTM 过程中注入的树脂不用于润湿复合材料。相反，它用于在模具内保持稳定的静水压力以防止空隙，大致相同作为高压灭菌器。
SQRTM 还有其他优势，包括不需要高压灭菌器。
此外，SQRTM 制造的部件不必加工成网状。 “机加工非常昂贵，”考夫林说。
制造过程得到简化，无需对通常构成主要结构的多个零件进行编目、检查和库存（飞机的零件，其故障会严重危及安全，例如机身和机翼）。
它允许制造商“蜂窝化”他们的制造：换句话说，一个工作团队制造整个组件，而不是制造一个组件的一部分。 “我正在创造一切，”考夫林谈到蜂窝化工人的心态时说。 “你会惊讶于它的重要性。”
即使飞机制造商无法使用 SQRTM 制造整个主结构，他也可以显着减少零件数量。为了考试例如，如果制造商需要在机翼襟翼中加入除冰剂，他可以使该部件减去一层蒙皮（上蒙皮或下蒙皮）。添加除冰剂后，他可以贴上皮肤。确定装配是净形复合材料制造过程的结果。
“这使我们能够创建一个完整的装配，而且每次都是以相同的方式，”Coughlin 在谈到 SQRTM 方法时说。
Abaris'多沃思说； “它将装配和与之相关的所有检查带入铺设室。”
了解更多信息
Abaris 培训资源
电话：800-638-8441
网站：
装配指南
电话：978-244-1166
网站：
自动化动力学
电话：518-377-6471
网站：
CGTech
电话：949-753-1050
网站：
ElectroImpact
电话：425-348-8090
网站：
Fives Cincinnati
电话：800-934-0735网站：
先进复合材料制造创新研究所
电话：865-974-8794
网站：
Radius Engineering
电话：801-886-2624
网站：
材料与工艺工程学会
电话：626-331-0616626.331.0616
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