Традиционные методы намотки часто требуют значительных затрат времени и ресурсов, а также использования крупногабаритного и дорогостоящего оборудования из чего следует сложность в реконфигурации так как подобные изначально проектируются под конкретную задачу. Сложная структура требует квалифицированного персонала для обслуживания всей установки, что повышает конечную стоимость изделия.
Автоматизация процесса намотки является ключевым фактором повышения производительности, снижения себестоимости и улучшения качества изделий.
На сегодняшний день существует много различных решений намотки изделий композиционными материалами, использующих станки. Для выявлений недостатков и преимуществ рассмотрим некоторые из них, а именно: Magnum venus products Comet Filament Winder, Roth Composite Machinery Filament Winding Machine, Engineering Technology Corpo Filament Winders. Эти решения объединяет одна концепция исполнения, они используют классические станки для намотки изделий цилиндрической формы КМ.
Comet Filament Winder разработан для производства цилиндрических и конических изделий из композитных материалов методом намотки. Он подходит для различных применений, включая изготовление труб, резервуаров, сосудов высокого давления и других подобных компонентов. это автоматизированный станок с числовым программным управлением, что обеспечивает высокую точность и повторяемость процесса намотки.
Рис. 1. Comet Filament Winder
Comet Filament Winder имеет до 4 осей управления, что позволяет наматывать изделия с различной геометрией и углом намотки. Точное количество осей может варьироваться в зависимости от конкретной модели и конфигурации.
К недостаткам данного станка можно отнести большие габариты относительно максимально возможной длинны оправки, для эффективной работы со станком требуется квалифицированный персонал, а также обслуживание и ремонт станка могут быть затруднены, если нет доступных сервисных инженеров и высокая стоимость.
Для намотки изделий композиционными материалами используют не только классические, но и специализированные роботехнические комплексы. Обычно они состоят из привода вращения оправки и промышленного робота. Рабочий орган может быть представлен в разных исполнениях, они могут быть сделаны как единая конструкция, включая катушки с филаментом, при этом их количество может отличаться.
Одним из примеров таких комплексов является RoboWinder от компании Mikrosam. Это роботизированная система для намотки композиционными материалов, она поддерживает гибридные технологии: совмещает намотку волокон (filament winding) и автоматическую выкладку (AFP), что позволяет создавать изделия сложной геометрии. Использует многоосевые роботизированные манипуляторы (до 7 осей), обеспечивая точность позиционирования до ±0.1 мм. Возможность интеграции с CAD/CAM-системами (например, FiberSim) для оптимизации траекторий намотки.
Рис. 2. RoboWinder
Хоть использование робота и позволяет расширить области применения в производстве изделий сложной формы, он накладывает жесткие ограничения в длине таких изделий что диктуется зоной досягаемости самого робота. Так же это решение использует рабочий орган со встроенной катушкой с филоментом, но ограничение по массе рабочего органа не даст взять много материала, следовательно придется постоянно контролировать количество материала, пополняя новым, когда закончится. Еще такая установка очень дорогая, что не дает возможности в использовании небольшим компаниям.
Список литературы
- Materialstoday: proceedings: Design and analysis of filament winding machine for cylinder manufacturing process using glass fiber composite / Rahmad Kuncoro Adi, Sukanta Das, Muhammad Akhsin Muflikhun // ScienceDirect – 2022 – Vol 66, Part 5, Pp. 2904-2907
- Composites Part B: Engineering: Winding pattern design of composite cylinders considering the effect of fiber stacking / Yuchen Dai, Chuanxiang Zheng, Jiao Lin, Yangtao Liu, Dawei Wang, Jinjie Lu // ScienceDirect – 2024 – Vol 275
- Filament Winding Machines [Электронный ресурс] // Roth Composite Machinery. – URL: https://www.roth-composite-machinery.com/en/filament-winding-prepreg/filament-winding-machine (https://www.roth-composite-machinery.com/en/filament-winding-prepreg/filament-winding-machines)
