موضوع مقاله: نوارگذاری خودکار (ATL) | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # نوارگذاری خودکار (ATL) | مقدمه: این فناوری قادر است نرخ تولید را بالا برده، یکنواختی کیفیت را تضمین کند و در عین حال امکان ساخت قطعات بزرگ و پیچیده را فراهم سازد. | ## بخش 1: نوارگذاری خودکار (ATL) | 120-125 پیشینه توسعه فناوری ATL به دهه‌های ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ میلادی بازمی‌گردد، زمانی که صنایع هوافضا به دنبال روش‌های کارآمدتر برای تولید پوسته‌ها و پنل‌های بزرگ بودند.History of ATL - ScienceDirect تولید دستی قطعات کامپوزیتی نیازمند نیروی کار ماهر و زمان طولانی بود و مشکلاتی مانند عدم یکنواختی لایه‌ها، ایجاد حباب‌های هوا و تغییرات خواص مکانیکی را به همراه داشت. این ماشین‌ها قادر بودند نوارهای پیش‌آغشته با عرض‌های بزرگ (معمولاً ۷۵ تا ۱۵۰ میلی‌متر) را با دقت بالا روی قالب قرار دهند. 145-150 در دهه ۱۹۹۰ و ۲۰۰۰، ATL در تولید قطعات هواپیماهای پیشرفته مانند بوئینگ 777 و ایرباس A380 به کار گرفته شد. این فناوری به شرکت‌ها اجازه داد پوسته‌های بزرگ و نسبتاً تخت بدنه و بال را با سرعت بیشتری تولید کنند. 210-215 امروزه، ATL در کنار AFP بخشی جدایی‌ناپذیر از خطوط تولید پیشرفته کامپوزیت است. هر کدام کاربردهای خاص خود را دارند و اغلب در کنار هم در یک پروژه استفاده می‌شوند. این کار شامل تمیزکاری سطح برای حذف گرد و غبار یا آلودگی‌ها، صیقل‌دادن سطح برای دستیابی به کیفیت بالا، و اعمال لایهٔ جداکننده (Release Agent) است تا قطعهٔ کامپوزیتی پس از پخت به‌راحتی از قالب جدا شود. این رول‌ها روی سیستم تغذیهٔ دستگاه نصب شده و در حین حرکت باید با کنترل دقیق تنش و کشش باز شوند. مسیرگذاری معمولاً در نرم‌افزار طراحی مخصوص ATL تهیه می‌شود و شامل الگوهای مختلفی مثل قراردهی خطی، زاویه‌ای یا مارپیچی است. سیستم برش هد می‌تواند در انتهای هر مسیر نوار را به‌صورت تمیز قطع کرده و مسیر جدیدی آغاز کند. نرم‌افزار کنترل ATL معمولاً الگوریتم‌هایی دارد که با محاسبهٔ بهترین مسیر، فاصله یا هم‌پوشانی بین نوارها را در حد استاندارد حفظ می‌کند. تکرار لایه‌گذاری فرایند قراردهی برای هر لایه به‌طور جداگانه انجام می‌شود و این چرخه تا رسیدن به ضخامت موردنیاز تکرار می‌گردد. زاویهٔ قرارگیری لایه‌ها در هر مرحله می‌تواند متفاوت باشد (مانند ۰، ۴۵، ۹۰ درجه) تا مقاومت مکانیکی چندجهته حاصل شود. رایج‌ترین روش استفاده از اتوکلاو است که در آن حرارت و فشار بالا هم‌زمان اعمال می‌شود و موجب تراکم کامل و خروج حباب‌های هوا از بین لایه‌ها می‌گردد. کیفیت این عمل بسیار حیاتی است، زیرا برش‌های ناقص یا لبه‌های ناهموار می‌توانند موجب ایجاد شکاف، هم‌پوشانی بیش از حد یا ضعف مکانیکی در قطعهٔ نهایی شوند. رایج‌ترین روش، برش مکانیکی با تیغهٔ فولادی یا کاربیدی است که حرکت آن توسط بادامک یا موتور سروو کنترل می‌شود. در مقابل، برش گیوتینی نوع دیگری از برش مکانیکی است که مانند قیچی عمل می‌کند و معمولاً توسط مکانیزم هیدرولیکی یا الکترومکانیکی به حرکت در می‌آید. این شیوه برای نوارهای پهن مناسب‌تر است، هرچند به دلیل اعمال فشار بالا باید طراحی سطح برش به‌گونه‌ای باشد که الیاف آسیب نبینند. نوع پیشرفته‌تر، برش چرخشی است که در آن تیغهٔ دایره‌ای با سرعت بالا می‌چرخد و نوار را به‌طور یکنواخت قطع می‌کند. این روش برای خطوط تولید پرسرعت کارآمد است، اما نیازمند هماهنگی دقیق با سرعت تغذیهٔ نوار است. | ## بخش 2: نوارگذاری خودکار (ATL) | همچنین در برخی کاربردها از برش حرارتی مانند تیغهٔ داغ یا لیزر CO₂ استفاده می‌شود. این روش می‌تواند لبه‌های بسیار تمیز و بدون پلیسه ایجاد کند و حتی لبه‌ها را آب‌بندی کند، ولی خطر آسیب حرارتی به ماتریس پلیمری و مصرف انرژی بالا از محدودیت‌های آن است. در این حالت، تیغه توسط سیلندرهای فشاردهنده به حرکت در می‌آید و نیروی لازم برای برش نوارهای ضخیم یا چندلایه را فراهم می‌کند. کنترل دقیق دما در این مرحله بسیار اهمیت دارد، زیرا حرارت ناکافی موجب چسبندگی ناقص و ضعف مکانیکی می‌شود و حرارت بیش از حد می‌تواند به رزین یا الیاف آسیب برساند. در این روش، نوار پیش‌آغشته از طریق انرژی حرارتی بدون تماس مستقیم با منبع حرارت نرم می‌شود. در برخی دستگاه‌ها از گرمایش ترکیبی استفاده می‌شود؛ به این معنی که چند منبع تابشی همزمان حرارت را به نوار منتقل می‌کنند تا دما در تمام عرض نوار یکنواخت و کنترل‌شده باشد. غلتک‌ها معمولاً از جنس فولاد یا مواد مقاوم به سایش ساخته می‌شوند و طراحی آن‌ها باید متناسب با عرض نوار و حساسیت رزین باشد. در فشار پنوماتیکی یا هیدرولیکی، نیروی واردشده توسط سیلندر کنترل می‌شود و می‌توان فشار دقیق و یکنواخت را روی تمام عرض نوار اعمال کرد. علاوه بر فشار، سرعت حرکت غلتک نیز مهم است؛ اگر غلتک بیش از حد سریع حرکت کند، ممکن است چسبندگی ناقص ایجاد شود یا نوار دچار کشیدگی شود. هدف نهایی مکانیزم فشاردهنده، رسیدن به سطحی صاف و یکنواخت، حذف حباب‌های هوا و تثبیت دقیق لایه‌ها قبل از رفتن به مرحله بعدی است. این کار باعث افزایش مقاومت مکانیکی، کاهش نقص‌های ساختاری و بهبود کیفیت قطعه نهایی می‌شود. این بخش تضمین می‌کند که نوار پیش‌آغشته بدون چروک، کشیدگی اضافی یا شل‌شدن روی قالب قرار گیرد. نوارها معمولاً از رول‌های استاندارد خارج می‌شوند و با عبور از مسیرهای هدایت و قرقره‌ها، وارد هد نوارگذار می‌شوند. کیفیت قالب نقش بسیار مهمی در سطح، دقت ابعادی و خواص مکانیکی قطعه دارد.قالب‌ها معمولاً از فلزات مقاوم به حرارت مانند آلومینیوم یا فولاد ساخته می‌شوند. آلومینیوم به دلیل سبکی و هدایت حرارتی بالا، برای قطعات متوسط و خطوط تولید با سرعت بالا مناسب است، در حالی‌که فولاد برای قالب‌های بزرگ یا قطعات با پیچیدگی زیاد و نیاز به دوام طولانی کاربرد دارد. در برخی موارد، کامپوزیت‌های مقاوم به دما نیز برای قالب استفاده می‌شوند، به ویژه زمانی که وزن قالب باید کم باشد یا قالب نیاز به مقاومت حرارتی بالا داشته باشد. علاوه بر آن، اغلب قالب‌ها با لایه جداکننده (Release Agent) پوشیده می‌شوند تا جدایش قطعه از قالب آسان باشد و هیچ آسیب مکانیکی یا رزینی به سطح وارد نشود. این نوارها در دستگاه ATL به‌صورت خودکار روی قالب قرار می‌گیرند و پس از پخت، سازهٔ کامپوزیتی شکل می‌گیرد. الیاف کربن به دلیل مقاومت بالا در برابر کشش و وزن کم، برای تولید قطعات سازه‌ای هوافضا، خودروهای مسابقه‌ای و سایر کاربردهای مهندسی بسیار مناسب‌اند. الیاف شیشه مقاومت خوبی در برابر ضربه دارند، اما نسبت به الیاف کربن وزن بیشتری دارند و خواص کششی آن‌ها پایین‌تر است. | ## بخش 3: نوارگذاری خودکار (ATL) | بنابراین، انتخاب عرض نوار نه تنها بر سرعت تولید تأثیر می‌گذارد بلکه بر دقت و انعطاف‌پذیری مسیرگذاری نیز اثرگذار است. کاربردهای فناوری ATL هوافضا پوسته‌های بدنهٔ هواپیما (Fuselage Skins): استفاده از نوارهای پیش‌آغشته در تولید پوسته‌های بدنهٔ هواپیماها به دلیل خواص مکانیکی بالا و وزن سبک، به‌ویژه در بخش‌های باربر و ساختاری. پنل‌های بال و سطوح کنترلی: ساخت پنل‌های بال و سطوح کنترلی هواپیماها با استفاده از فناوری ATL، که نیاز به دقت بالا و یکنواختی در لایه‌گذاری دارند. قطعات بزرگ موشک‌ها و ماهواره‌ها: تولید قطعات بزرگ و پیچیدهٔ موشک‌ها و ماهواره‌ها با استفاده از نوارهای پیش‌آغشته، که به دلیل خواص مکانیکی و مقاومت در برابر شرایط محیطی سخت، مناسب هستند. انرژی پره‌های توربین بادی: ساخت پره‌های توربین بادی با استفاده از فناوری ATL، که نیاز به قطعات بزرگ و مقاوم در برابر شرایط محیطی دارند. پنل‌های ساختاری سبک: تولید پنل‌های ساختاری سبک برای استفاده در سازه‌های انرژی، که با استفاده از نوارهای پیش‌آغشته، خواص مکانیکی مطلوبی را ارائه می‌دهند. خودروسازی قطعات بدنه خودروهای اسپرت و لوکس: استفاده از نوارهای پیش‌آغشته در تولید قطعات بدنهٔ خودروهای اسپرت و لوکس، که نیاز به وزن سبک و استحکام بالا دارند. سقف‌ها و کاپوت‌های کامپوزیتی: ساخت سقف‌ها و کاپوت‌های کامپوزیتی با استفاده از فناوری ATL، که به دلیل خواص مکانیکی و زیبایی‌شناسی، در خودروهای لوکس کاربرد دارند. صنایع دیگر تجهیزات ورزشی بزرگ (مثلاً قایق‌های مسابقه‌ای): تولید تجهیزات ورزشی بزرگ مانند قایق‌های مسابقه‌ای با استفاده از نوارهای پیش‌آغشته، که نیاز به استحکام و سبکی دارند. 130-140 مزایا و محدودیت‌ها مزایا سرعت بالاتر در تولید قطعات بزرگ نسبت به AFP: فناوری ATL با استفاده از نوارهای پهن، سرعت بالاتری در تولید قطعات بزرگ نسبت به فناوری AFP دارد. دقت بالا و کیفیت یکنواخت: استفاده از سیستم‌های خودکار در فناوری ATL، دقت بالا و کیفیت یکنواخت در لایه‌گذاری را فراهم می‌کند. کاهش نیاز به نیروی انسانی: اتوماسیون در فناوری ATL، نیاز به نیروی انسانی را کاهش می‌دهد و خطای انسانی را به حداقل می‌رساند. قابلیت تولید صنعتی در مقیاس بالا: فناوری ATL امکان تولید قطعات در مقیاس بالا را با هزینه‌های کمتر فراهم می‌کند. محدودیت‌ها توانایی محدود در پیروی از سطوح با انحنای زیاد: فناوری ATL در تولید قطعات با سطوح پیچیده و انحنای زیاد محدودیت دارد. نیاز به سرمایه‌گذاری اولیه بالا: راه‌اندازی سیستم‌های ATL نیاز به سرمایه‌گذاری اولیه بالا دارد. نیاز به نگهداری دقیق تجهیزات: برای حفظ عملکرد بهینه، نگهداری دقیق تجهیزات ATL ضروری است. 110-115 روندهای نوین در ATL استفاده از لیزر برای گرمادهی: استفاده از لیزر برای گرمادهی نوارهای پیش‌آغشته، یکنواختی بیشتر و کاهش مصرف انرژی را فراهم می‌کند. اتوماسیون هوشمند: استفاده از الگوریتم‌های بهینه‌سازی در کنترل مسیرگذاری، دقت و کارایی را افزایش می‌دهد. مواد جدید: استفاده از نوارهای ترموپلاستیک پیش‌آغشته که نیاز به اتوکلاو ندارند، امکان تولید سریع‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر را فراهم می‌کند. | ## جمع‌بندی | هرچند فناوری AFP انعطاف‌پذیری بیشتری دارد، اما ATL به دلیل سرعت بالا در پوشش سطوح بزرگ، همچنان گزینه‌ای اقتصادی باقی می‌ماند.