传统纤维缠绕与机器人缠绕

工业机器人技术的革新使得创新的绕线工艺成为可能。在这些先进工艺中，纤维的绕制不再局限于传统上仅围绕单一轴旋转的方式，而是通过两种主要途径实现：一是利用纤维导向器引导纤维，伴随转折点的平移动作进行绕制；二是通过心轴执行多轴旋转运动来完成绕线过程，从而实现纤维的拉断与精密布置。

本文简要介绍了每种绕组方法及其优缺点。

传统纤维缠绕 纤维缠绕是一种主要用于制造空心、圆形或棱柱形部件的技术，例如管道和储罐。它是通过使用专用绕线机将连续的纤维束缠绕到旋转心轴上来实现的。纤维缠绕部件通常用于航空航天、能源和消费品行业。连续的纤维丝束通过纤维输送系统送入长丝缠绕机，在那里它们以预定的重复几何图案缠绕在心轴上。丝束位置由纤维输送头引导，该输送头连接到纤维缠绕机上的可移动托架上。丝束与心轴的相对角度（称为缠绕角度）可以定制，以提供所需方向的强度和刚度。当应用了足够的丝束层后，所得的层压板在心轴上固化。成品零件的整体尺寸和形状由层压板的心轴形状和厚度决定。

缠绕角度将决定复合材料部件的机械性能，例如强度、刚度和重量。层压板的密度是缠绕过程中丝束张力的结果。通过这些方法制造的复合材料部件通常具有良好的强度重量比。

机器人卷绕 工业机器人技术的出现使新型绕线方法得以实现。在这些方法中，纤维要么通过纤维导向器围绕转折点的平移，要么通过心轴绕多个轴的旋转运动来拉出纤维，而不是通过仅绕一个轴旋转的传统方式。 绕组的传统分类

周边缠绕：细丝缠绕在工具的圆周上。

交叉缠绕：细丝缠绕在工具的间隙之间。

单轴交叉卷绕

单轴周边绕组

多轴交叉绕组

多轴交叉绕组

例如，单轴周边绕组通常用于创建旋转组件。而单轴平移绕组通常用于创建二维框架结构。为了实现三维桁架结构，必须进行多轴缠绕，以防止缠绕杆从平面中出来时纤维打滑。 传统纤维缠绕 vs. 机器人卷绕 传统的纤维缠绕是一种相当常见的成型工艺，仅限于轴对称的形状，如管材、管道或压力容器。双轴收卷机是最简单的生产布局，它控制心轴的旋转和输送装置的横向运动，因此它只能生产增强管和管材。此外，传统的四轴机器是一种通用的卷绕机，也能够生产压力容器。受控运动自由度通常包括轴旋转、水平输送、垂直输送（交叉进料）和安装在交叉进料芯轴上的旋转纱线输送头。然而，这些解决方案仍然依赖于操作员在各种绕组操作期间的频繁干预，这对生产率有重大影响。 机器人绕线主要用于高级应用，它与胶带绕线非常匹配，从而产生更高质量的零件。在这种技术中，还可以自动化以前手动执行的辅助操作，例如放置心轴、打结和切割线，以及将覆盖有湿纱线的心轴装入炉中。

所有配置组合都可以使用即用型或定制机器人，ABB、KUKA 和 Fanuc 是主要供应商，设备投资与使用的机器人数量直接相关。它的用途和定制程度。机器人缠绕提供的巨大灵活性可能具有广阔的市场渗透潜力，使纤维增强产品和应用多样化进入新领域。

采用趋势 使用机器人缠绕制造复合材料罐的发展前景不断显现。一个统一的趋势是采用自动化和集成的工业单元和生产线来建造复合罐，因此，在制造中提供完整的交钥匙解决方案。另一项技术突破可能代表与其他工艺的缠绕杂交，例如连续纤维 3D 打印和自动纤维放置，这些工艺可以快速、精确且几乎零浪费地将纤维添加到需要的地方。