车间 “双技合璧” 显威力！两大核心技术协同发力，成功破解航空航天结构件 “既要轻量、又要高强度” 的行业难题

航空制造智能车间里，一台机器人正展现 “双工艺” 实力。它搭载的双工具头协同作业：一端 AFP（自动纤维铺放）系统，以毫米级精度在航空发动机短舱模具的曲面蒙皮上铺设热塑性胶带；另一端纤维缠绕装置，同步将碳纤维丝按特定角度缠绕成环形框架。这并非简单的技术叠加，而是瞄准航空航天 “轻量化与高性能并存” 需求的创新突破。现场工程师表示，该 AFP - 纤维缠绕协同制造技术，已实现发动机短舱减重 15%、运载火箭低温燃料箱生产提速 45%，成为破解结构件制造瓶颈的关键方案。 技术协同：精度与效率的 “互补密码”AFP 与纤维缠绕的协同，本质是用两种技术的优势填补彼此短板。走进技术控制室，屏幕上的参数对比清晰展现两者的 “分工逻辑”：AFP 负责 “精细活”：通过计算机控制的机械臂，将预浸渍纤维丝束或热塑性胶带精准铺放在模具表面，铺放精度可达 ±0.5 毫米。更关键的是其 “纤维转向” 功能 —— 能根据结构件的应力分布生成定制化路径，比如在飞机垂尾的受力关键点增加铺层，让载荷分布更均匀，避免局部断裂风险。纤维缠绕主打 “高效率”：借助旋转心轴与纤维输送系统的配合，连续纤维以 500-1000 毫米 / 秒的速度缠绕成型，尤其擅长处理管道、环形框架等对称结构。对比 AFP 200-500 毫米 / 秒的铺放速度，它能快速完成结构件的 “主体框架” 制造。 而协同的核心，在于共享机器人平台与工艺切换系统。“过去造一个火箭燃料箱，要先在 AFP 设备上做复杂接头，再转到缠绕设备上做主体，光转运就要 2 小时；现在同一台设备能无缝切换工艺，生产周期直接缩短 80-85%。” 技术负责人指着正在运转的设备说，材料利用率也因 “按需分配工艺” 提高 22%，避免了单一技术加工时的材料浪费。 场景落地：从发动机短舱到火箭燃料箱的突破在航空航天领域，技术的价值最终要靠实际应用验证。目前，AFP - 缠绕协同技术已在两大关键结构件上实现突破： 航空发动机短舱：告别 “铆接隐患”发动机短舱既要承受高速气流冲击，又要尽可能轻量化。传统工艺用金属蒙皮加铆接固定，不仅重量大，还容易在铆钉处形成应力集中，导致疲劳断裂。而协同技术的解决方案更 “聪明”：先用 AFP 铺设复杂曲面的蒙皮 —— 因为 AFP 能适应短舱的异形结构，精准控制每一层胶带的角度；再用纤维缠绕技术制造高强度环形框架，为蒙皮提供支撑；最后通过感应焊接将两者连接成整体，省去了上百个铆钉。“测试数据显示，这种一体化结构的疲劳寿命是传统铆接件的 3 倍，重量还轻了 15%，相当于给飞机‘减负’的同时，还加了‘防护盾’。” 项目工程师说。 运载火箭低温燃料箱：扛住 “极端温差”火箭低温燃料箱要在 - 183℃（液氧温度）至 82℃（地面环境）的极端温差下工作，对材料的强度和耐温性要求极高。协同技术给出的方案是 “混合结构”：以铝锂合金为内衬（保证密封性），外层覆盖碳纤维增强复合材料（CFRP）。其中，80% 的对称区域用纤维缠绕快速成型，保证整体强度；剩余 20% 的复杂接头（如燃料进出口）则用 AFP 局部增强 —— 因为这些部位形状不规则，需要高精度铺层来避免泄漏风险。 对比传统方案，这种设计的优势很明显：与全缠绕燃料箱相比，质量减轻 28%，能为火箭节省更多燃料；与仅用 AFP 制造相比，生产速度提升 45%，满足火箭量产需求。更关键的是，在模拟发射环境的测试中，该燃料箱在极端温差下未出现任何变形或泄漏，完全符合航天器的严苛标准。智能升级：让 “一次成型” 成功率超 92% 协同制造的核心难点，在于两种工艺衔接处的质量控制。在车间的检测区，一台机器视觉设备正实时扫描刚生产完的无人机机翼 —— 这是智能成型系统的 “眼睛”。 “过去两种工艺切换时，纤维取向容易出现偏差，导致层间结合不紧密；现在通过非测地线路径规划算法，系统能提前计算出最佳过渡路径，同时用机器视觉反馈调整张力和温度。” 检测工程师介绍，比如在 AFP 铺放的接头与缠绕的主体衔接时，系统会自动将缠绕张力从 50N 调整到 30N，AFP 的铺放温度从 380℃微调至 400℃，确保纤维取向连续，层间剪切强度不下降。 针对热塑性材料易出现的空隙、分层问题，系统还加入了 “双激光原位固结” 技术。在工艺切换期间，双激光头保持 380-420℃的固结温度，同时用红外预热软化材料、主动冷却控制结晶过程，让聚醚醚酮 / 碳纤维层压板的空隙率控制在 1% 以下，层间剪切强度提升 40%。这些智能设计，让复杂结构件的一次成型成功率超过 92%，大幅减少了返工成本。 经济与环保：不止 “技术先进”，更要 “可持续”对航空航天制造而言，技术先进之外，经济成本和环保性同样重要。AFP - 缠绕协同技术在这两方面的表现，让不少中小企业也能 “用得起”： 经济价值：协同系统通过共享设备，占地面积比单独维护 AFP 和缠绕系统减少 100%，操作员培训时间缩短 40%—— 过去要分别培训两种设备的操作，现在掌握一套系统即可。在某型无人机机翼制造中，单件成本降低 22%，交付周期缩短 60%；从长期来看，生命周期成本分析显示，协同系统 5 年内可节省 50-60% 的维护和运营成本。

环保效益：技术团队还在材料循环上做了突破：在聚酰胺 6 缠绕纤维中掺入 30% 的再研磨材料，实现废弃物再利用；对于报废的结构件，通过热脱粘技术拆解，碳纤维回收率达 95%，树脂基体回收率达 85%。在某型飞机垂尾生产中，该技术使能耗降低 30%，二氧化碳排放减少 25%，契合航空航天产业的 “低碳转型” 需求。

未来趋势：数字孪生与多材料制造的新想象随着数字孪生和人工智能技术的融入，AFP - 缠绕协同制造还将迎来更多可能。在企业的研发中心，技术人员正在演示 “数字映射” 系统 —— 通过建立工艺参数与结构性能的实时关联，系统能自主优化铺放角度和缠绕速度，比如根据模拟的火箭燃料箱受力数据，自动将关键区域的 AFP 铺层从 5 层增加到 7 层，无需人工干预。 未来，多材料同轴沉积技术还将让 “同步制造” 成为现实：同一台设备可同时进行碳纤维 / 环氧树脂缠绕和玻璃纤维 / 聚醚酮酮 AFP 铺放，比如在飞机机身制造中，用高强度碳纤维做受力框架，用耐腐蚀玻璃纤维做外层防护，一次成型即可完成 “功能分区”。而移动混合系统的研发，则能让机器人 AFP 与便携式缠绕单元结合，满足航天器现场维修、应急制造的需求。 从发动机短舱的 “减重提质”，到火箭燃料箱的 “提速耐温”，AFP - 纤维缠绕协同制造技术正在重新定义航空航天结构件的制造逻辑。它不仅解决了 “轻量化与高性能不可兼得” 的老问题，更让先进复合材料从 “小众高端” 走向 “大规模应用”。正如行业专家所言：“未来十年，随着技术成本进一步下降，该领域有望实现 35% 的复合年增长率，成为推动航空航天工业转型升级的核心力量。”