將下一代的切割和鋪放系統整合到生產線中，使得複合材料的生產效率和質量控制水平達到了新的高度。
將基於CAD的圖案設計與先進的巢狀軟體結合起來，用於複合材料的數字化（計算機控制的）切割系統，不僅能使製造商減少材料浪費和成本（即使是生產複雜形狀的部件），還可以將切割時間從人工操作所需的幾天縮短到幾分鐘，從而縮短了迴圈時間，提高了重複性和再現性。當然，鑑於複合材料切割裝置的成熟程度，要想有重大創新也並不常見。
雖然切割臺為提高效率帶來了實質性的好處，但要將它整合到全自動化的生產單元中卻是一大挑戰，重要的是，這個過程並不是以切出單個的層而結束：在將每個片層轉移到下一個工藝步驟之前，必須先對它們進行收集、分類、稱重，再鋪放到疊層裡，然後進行預成型、模壓成型、灌注或熱壓罐固化。因此，看似簡單的任務，如切割臺的自動卸料，當考慮到整個生產過程時，可能很快就變得複雜起來。比如，如果巢狀效率不能與鋪層順序保持平衡，鋪層所需的第一片層可能被放到切割臺的盡頭以及切割結束時自動化的操作裝置不易接觸到的地方，當涉及到高效率的生產工藝時，就需要額外的時間來解決這些低效率的問題，這可能會有悖於為縮短迴圈時間以及為從生產執行中獲取更大的效率而作出的嘗試。
為了有效地將數字化的切割系統整合到自動化的部件生產單元中，所有相關裝置，包括切割和鋪放（C&S）系統、機器人和壓機等，都必須快速準確地交換資料，以管理時間並控制質量。
為了努力解決好這些問題，德國複合材料裝置的OEM廠商Schmidt & Heinzmann GmbH & Co。 KG（簡稱S&H）的工程師們對人機介面（HMIs）和裝置的基本工作原理採取了不同的方法，於2015年開發出S&H的AutoCut複合材料C&S系統，它擁有單一的切割和鋪放臺。2019年，這項技術得到了擴充套件，允許客戶整合多個切割臺，以便能同時處理多種型別的材料，因而變得更加模組化，並由此提高了自動化單元的加工靈活性。
不同的方法
因為是作為自動化生產線的一個組成部分而不是作為一個孤立的單元來執行，因此S&H的AutoCut C&S 系統是依據準時製造（JIT）原則而設計的，它與工業機器人協同工作。機器的程式設計演算法會考慮最終產品的特徵，而不只是所要切割的單個片層的總和。因此，操作員可按鋪層順序、每層所用的材料型別、針對整個疊層的準確目標位置以及每層與其他層的相對位置來指定最終產品或疊層，這樣，優先關注的是何時需要一個層，而非巢狀效率。基於鋪層輸入，軟體收集所有同類材料的層，並將這些資訊輸入到一個高階巢狀演算法中，將所有這些結合起來，計算出最高效的切割工作——同時將定義好的鋪層順序和機器人相對於層的“可達性”作為邊界條件。
新系列的複合材料切割和鋪放單元是作為複合材料部件自動化生產線的一個組成部分而非孤立的單元進行執行的，從而將加工商的生產效率、質量控制和人機工程學提高到了新的水平。該系統適用於廣泛的複合材料，包括模壓成型的SMC、溼法模壓的碳纖維、RTM的幹織物預成型以及用於熱壓罐和非熱壓罐工藝的預浸料等（圖片來自Schmidt & Heinzmann GmbH & Co. KG）
實際上，一旦使用者輸入所有必要的資料，包括鋪層、材料及順序，該系統的可程式設計邏輯控制器（PLC）就將切割工作分配給生產單元內的AutoCut機器。一旦鋪層序列開始，所需的第一層被切下，切割即停頓，以便機器人獲取這一層。機器人本身已經知道將這一層鋪放到鋪層臺上的位置和方向，它還能自動生成一個自定義的移動路徑，該路徑考慮到了單元內的障礙物和幾何約束以及鋪層中的目標位置。據說，該系統可以實現的疊層精度＜±1mm。一旦機器人取回這一層，即可清理切割機，系統就會恢復切割。這樣，每隔15秒就能切割一層，速度快到足以為一臺搭載雙型腔模具的壓機供料，成型週期2min，就像片狀模塑成型（SMC）一樣，從而可以確保在切割過程中獲得的效率不會因卸料和鋪層效率低下而即刻喪失掉。
面重補償
由於生產單元中產生的所有資訊都是共享的，所以系統內建的一個功能對許多複合材料都是有用的，但對SMC而言，關鍵是面重補償。如有必要，切割每層後立即稱重，並利用該資訊來調整下一層的切割尺寸，以便在放入壓機之前，最大程度地減少最終的上料在總重量上出現差異。
“切割SMC時，能夠在執行過程中根據面重的不同進行調整，這非常重要，因為SMC的配製過程會引起同一批次的材料的自然面重出現3%～8%的變化。”S&H的技術中心負責人Lukas Lipowsky說道，“如果你採用固定的圖案、從具有固有面重差異的材料上切割層並用其來製造部件，這些差異就會疊加起來，導致不可接受的部件差異，這就是為什麼通常是使用精確的重量而不是固定模式的切割將SMC套料裝入壓機，這樣才能保證成品部件擁有一致的效能。”作為該系統面重補償的一部分，可以為鋪放臺選配一個天平，以便在鋪層過程中對每一層進行稱重並進行分析，從而為PLC系統提供必要的輸入資料來調整切割模式，以實現固定的套料重量，儘管SMC的自然面重有所差異。
為了實現SMC的切割和鋪放自動化，S&H將其構建SMC配混生產線的經驗與高階預測演算法結合起來，應用於從每個SMC C&S單元中實時收集資料。
其他特徵包括連續的材料跟蹤、恆定的材料位置感測器（用以自動修正切割臺上的材料邊緣位置，減少浪費）、快速連線的可互換刀具、主動刀片磨損監測以及帶有針式真空模組的靈活的夾持系統。這有助於材料間的快速切換，實現對各種材料的切割、移動和鋪放。每個切割單元都被設計為用來切割一種材料，這確保了穩定、持續的生產及裝置的高使用率。
為該切割單元設計了許多功能，包括連續的材料跟蹤、放卷滑差補償、可互換的切割頭、材料流動計數、材料位置感應、主動刀片磨損測量、自動工作臺校準、自適應巢狀演算法和主動皮帶導向控制（圖片來自Schmidt & Heinzmann GmbH & Co. KG）
該系統配有可互換的切割頭——從超聲波硬質合金刀片（每秒振動30000次，無需清潔，幾乎無噪聲）到非動力的輪式刀片和動力驅動的旋轉多邊形刀片（用於切割幹織物），因而可以切割多種材料。每個刀片都能實現快速連線。其他有助於定位材料、切割機和機器人的特徵是機器人和工作臺校準銷。該單元還具有主動刀片磨損測量功能，可確保每次都有乾淨利落的切口（圖片來自Schmidt & Heinzmann GmbH & Co. KG）
此外，不管有多少S&H C&S 單元在特定的設施中執行，中央控制單元都具有上級控制，它充當所有生成資料的中央儲存庫，同時直接管理每臺切割機，併為該切割機排料，以確保高效率。控制系統不僅可以遠端收集所有單元的關鍵生產資料，包括迴圈時間、材料批次以及每一層的尺寸和重量，還可以追蹤錯誤資訊。同樣重要的是，標準的AutoCut系統包括一個切割單元、鋪放臺、帶有夾持器的機器人和軟體。
實際應用
AutoCut的模組化設計使其適用於各種生產工藝，從SMC的模壓成型到用於溼法模壓和樹脂傳遞模塑成型的預成型，以及預浸料成型，因而節省了大量的開發和工程成本，提高了生產單元的可持續性，使其易於適應未來的專案。
“我們對系統軟體的整體方法意味著操作員不需要具有專業知識即可使用裝置。”S&H的工藝工程總監David Bücheler解釋道，“自動生成的機器人路徑和位置以及巢狀演算法使材料利用率最大化，同時保證了計算出的解決方案能夠真正生成。更重要的是，在給定的時間內， 相比壓機的人工上、下料，該自動化系統能多生產出20%的部件。”目前執行之中的30套 AutoCut單元每年能夠生產出750萬個複合材料部件，生產的產品包括家居用品以及汽車和飛機部件。
為了準確地拾取、移送和鋪放不同型別的鋪層材料，該機器人配備了由針式真空夾具組成的靈活系統並具備材料探測能力。線上尺寸調整功能可以作為一個選配，允許一個單一的夾持器動態適應更多的層尺寸以及處理更多數量的層（圖片來自Schmidt & Heinzmann GmbH & Co. KG）
帝人汽車技術公司是對AutoCut 系統進行大手筆投資的一個加工商，是北美汽車和商用車市場中提供熱固性和熱塑性複合材料部件的一級供應商，2021年，該公司在其位於美國的3個工廠中安裝了10 套AutoCut系統：在俄亥俄州Carey的工廠安裝了4套，在俄亥俄州North Baltimore和印第安納州亨廷頓的工廠各安裝了3套，另有6套是2022年的訂單。
“我們共有8套AutoCut單元，都被用於切割和鋪放我們自己配混的SMC材料。”帝人汽車技術公司Carey工廠的工程經理Adam Maes解釋道，“這種SMC被用於成型A級表面的汽車內、外飾面板，裝置所能提供的最大SMC套料約重16kg，成品部件尺寸大約是0。9m×1。5m。無論何時，都會有2～3層套料在被送往壓機的過程中。”
當被問及帝人汽車技術公司為什麼要作出如此大的投資以及獲得了哪些益處時，Maes說：“人工成型過程對我們的員工來說是很高的要求，所以為我們的操作團隊提供一個安全、符合人體工程學的系統是新增這項技術的主要驅動力，這也是我們推進自動化戰略計劃的一部分。由於送入模具的材料在重量和定位上擁有更好的一致性，我們已經從中額外獲得了質量優勢，進而提高了壓機的產出率並降低了廢品率。我們尤其喜歡直觀的HMI顯示、超聲波切割頭、考慮到材料差異性的靈活的重量補償演算法以及用於定位切割路徑的邊緣檢測感測器。”
