开启新未来！复合材料4.0数字化转型打开新的机遇和商业模式

复合材料4.0是工业4.0宇宙中的一个小星系，工业4.0是推动产品的设计、生产、交付、操作、维护和退役的数字化转型。复合材料4.0的目标是使用自动化、传感器和数据、5G通信、软件和其他不断发展的数字技术，使产品和流程更高效、更智能和更具适应性。

复合材料制造商正在进行一系列数字化转型，包括在线检查和工艺优化，以减少浪费和成本，同时提高零件质量和产量，还积极寻求更先进的解决方案致力于智能化、自主化的生产，不仅是敏捷的，而且能够响应甚至预测不断变化的市场和客户需求。

“复合材料4.0不是目的，而是一种工具，”亚琛工业大学（德国亚琛）AZL亚琛综合轻量化生产技术中心总经理迈克尔·埃蒙兹博士解释道，他的iComposite 4.0项目展示了一种自适应工艺链，有可能将汽车地板底盘成本降低50-64%。

复合材料零件生产商Dynexa（德国劳登巴赫）的董事总经理克里斯蒂安·科彭伯格（Christian Koppenberg）表示：“数字化与数字化转型之间的区别在于，数字化转型实际上改变了企业背后的流程，打开了新的机遇和商业模式。”。

德国航空航天中心（DLR）负责人迈克尔·库普克博士断言：“复合材料4.0不仅仅是使用机器人。” 德国亚琛工业大学轻量化生产技术中心（Center for Lightweight Production Technology）开发了一个配备人工智能（AI）的工作单元，协作机器人可以从生产复合材料后压力舱壁切换到机身面板，而无需重新编程或再培训。“正是这项技术确保了你不必教机器人，因为这没有商业案例。复合材料4.0不仅仅是提高效率和降低成本。它是企业思考和处理生产方式的改变，将决定哪些企业生存，哪些企业无法生存。”

1. 自适应预成型RTM

iComposite 4.0的具体工艺方法是通过将喷涂的干燥长玻璃纤维（25-30毫米）与单向（UD）碳纤维网格相结合，通过自动纤维铺层（AFP），用高性价比的粗纱和丝束制造预制件。示范所使用的是一个车身后地板，之前使用的纺织品不仅昂贵而且产生了60%以上的浪费。” 该项目中采用了Apodius GmbH（德国亚琛）的机器视觉系统，该系统带有光学激光传感器和相机模块，以描述喷涂预制件的表面拓扑结构，并通过调整软件来分析每个方向的纤维百分比，iComposite 4.0系列将其与数字设计进行了比对，并确定其是否符合机械要求，判断是否需要进行加固或在某处补充额外的纤维。

但是，这些额外的UD层可能会导致零件厚度和几何形状超出公差。因此，需要将预成型线与自适应RTM工艺相结合，如有必要，可通过增加模压机某些部分的压力来调整零件厚度。这些都是自动完成的，目的是取代生产线操作员的人为干预，这个过程需要使用测量数据和标准FEA软件来模拟零件性能。

目前，零件机械性能的模拟是离线进行的，生成了工艺和零件变化的数据库，创建了对每个变化作出反应的算法，并通过有限元分析验证了这些算法。因此，对于生产线上测得的零件变化，会有对应算法指导其执行适当的补偿措施。为了使生产线能够原位自适应，项目将在下一步增加机器学习算法。同时，AZL正在进行多项复合材料4.0项目，包括混合热塑性复合材料和注塑件的自优化生产，以及基于胶带的定制坯料的整体强化。