热塑性自动铺丝已成为高性能复合材料结构的核心制造工艺。该技术集成了精确的热管理、机械压实与运动控制，旨在以最小孔隙率和优化的微观结构铺设预浸料带或丝束。其技术生态由众多核心子系统的专利构筑而成，其中部分早期专利已失效，另一些则依然维持有效。清晰界定有效专利、过期专利与行业通用技术现状，对于识别技术操作自由度与发掘新的知识产权机遇至关重要。

1⃣️加热技术

核心目的：实现快速、局部的热能输送，以熔融/软化热塑性基体，同时避免纤维热损伤。

• 热气炬 / 基础加热

• 技术周期：1980年代末–1990年代

• 主要参与方：Automated Dynamics，Coriolis

• 专利状态：早期加热方法专利已普遍过期或成为行业基础技术。

• 激光加热

• 技术周期：2000年代–2010年代

• 主要参与方：波音，Coriolis， MTorres， Electroimpact

• 核心专利示例：US10016932B2（激光扫描加热）

• 专利状态：有效，是激光辅助铺丝的核心。

• 红外加热

• 技术周期：2010年代–至今

• 主要参与方：英格索尔

• 核心专利示例：US7731816B2（红外辐射加热）

• 专利状态：历史方法仍有引用价值。

• 加热压辊

• 技术周期：1990年代–2000年代

• 主要参与方：各主要设备制造商

• 核心专利示例：US20250256470A1（加热压辊组件）

• 专利状态：新兴方向，专利布局活跃。

🔬技术现状

• 激光辅助系统已成为高速自动铺丝领域广泛应用的技术现状。

• 通用的红外与压辊加热原理本身已属行业通用实践，不再具备可专利性。

• 当前专利保护多集中于能量输送的闭环与多参数控制、多通道/独立激光控制以及高级系统控制策略。

💡开放的知识产权机遇

• 人工智能优化的多源能量融合输送（如激光+红外+电阻/感应组合）。

• 基于部件几何形状的实时自适应热场调控。

2⃣️冷却与结晶度控制

核心目的：精确控制冷却速率与热梯度，以设定最终微观结构、降低残余应力、确保力学性能。

• 主动压辊冷却

• 技术周期：1990年代

• 主要参与方：Automated Dynamics, MTorres

• 专利状态：基础方法专利大多已失效。

• 受控环境冷却

• 技术周期：2000年代

• 主要参与方：Coriolis, NLR, 波音

• 核心专利示例：EP3702141B1（主动冷却系统）

• 专利状态：有效，涵盖对铺丝环境（工作舱）的主动热管理。

• 在线退火 / 热均化

• 技术周期：2010年代

• 主要参与方：AFPT, Electroimpact

• 专利状态：关于铺放后受控热处理的专利申请持续活跃。

🔬 技术现状

• 利用标准气流、自然对流或基础压辊通道进行冷却属通用技术。

• 可专利领域在于集成化的受控冷却环境设计以及将冷却与加热集成的整体热管理系统。

💡开放的知识产权机遇

• 基于部件几何形状的动态冷却策略，结合AI反馈平衡微观结构与生产效率。

• 铺丝头层面的传感器驱动实时冷却调控。

3⃣️压实系统

核心目的：在铺放点施加适宜压力，以消除孔隙，确保层间紧密结合。

• 基础柔性压辊

• 技术周期：1990年代

• 主要参与方：Automated Dynamics, MTorres, Spirit AeroSystems

• 核心专利示例：US10926491B2（可调柔度压辊）

• 专利状态：特定设计专利有效，但概念已普及。

• 气动力控制

• 技术周期：2000年代初期

• 主要参与方：Coriolis，AFPT，波音

• 核心专利示例：US20180117860A1（多压辊压实）

• 专利状态：有效。

• 磁力压实

• 技术周期：2010年代末

• 主要参与方：波音/研究机构

• 专利状态：新兴方向，专利申请活跃。

• 多区域自适应压辊

• 技术周期：2010年代末

• 主要参与方：Coriolis / MTorres

• 超声辅助压实

• 技术周期：研究阶段

• 专利状态：早期研究，已有专利申请。

🔬 技术现状

• 通用柔性压辊和气动加压装置本身已无新颖性。

• 专利保护集中于具有多区域独立压力控制、集成传感器反馈或采用新型作动原理的专有压实系统设计。

💡开放的知识产权机遇

• 集成多传感器（力、热、超声）的自适应压实系统，实现区域压力精准调控。

• 压实与热控制深度融合的智能算法。

4⃣️定位与机器人技术

核心目的：提供高精度、多自由度的运动系统，执行复杂铺放路径。

• 标准工业机器人

• 主要参与方：KUKA，ABB，FANUC

• 专利状态：作为通用平台，不涉及AFP专用专利。

• 多头协同系统

• 技术周期：2020年代

• 主要参与方：Coriolis / Electroimpact

• 核心专利示例：US11958244B2（多头AFP系统）

• 专利状态：有效的系统级集成专利。

• 自适应路径修正

• 技术周期：2020年代

• 主要参与方：MTorres等

• 专利状态：基于视觉/力觉等反馈的实时路径修正技术专利活跃。

• 便携式 / 原位铺丝系统

• 技术周期：2020年代

• 专利状态：模块化、可移动系统是近期专利申请热点。

🔬 技术现状

• 采用商用多轴工业机器人作为运动平台是标准做法。

• 基于离线编程软件的常规路径规划与控制算法属于通用实践。

💡开放的知识产权机遇

• 面向大型结构高效铺放的协作多机器人智能调度系统。

• 融合实时过程数据（热、压）的AI预测性运动规划与补偿算法。

🧠总结与展望

当前技术基线（广泛使用，通常不受专利限制）

• 加热：铺丝头集成激光或红外加热的基本原理。

• 冷却：无主动控制的被动气流冷却或基础热围护。

• 压实：使用通用柔性/气动压辊施加压力的常规方法。

• 运动：采用标准工业机器人进行编程运动。

📣未来核心创新与知识产权高地

跨子系统整合与智能化是未来专利布局的关键，重点领域包括

• 人工智能驱动的自适应工艺控制：实时协调热历史与压实策略，精准调控结晶度与性能。

• 数据驱动的动态压实：依据铺层区域、曲面复杂度自动调整压力分布。

• 全集成化智能铺丝头：搭载多传感器并实现工艺参数实时闭环控制。

• 高效协同制造单元：多机器人、多铺丝头协同作业系统，提升大型结构制造效率。

• 原位修复与制造技术：具备自适应能力的现场维修与增材制造解决方案。

这些方向既立足于当前广泛采用的技术现状，又瞄准了下一代自动铺丝系统在效率、质量与灵活性方面的核心需求，是规避现有专利壁垒、实现技术突破的重点领域。