有許多制造復(fù)合材料零件的方法。一些方法被借用（例如，塑料行業(yè)的注射成型），但許多方法是為了滿足纖維增強聚合物面臨的特定設(shè)計或制造挑戰(zhàn)而開發(fā)的。因此，特定零件的方法選擇將取決于材料、零件設(shè)計和最終用途或應(yīng)用。

　　

　　復(fù)合材料的制造過程通常包括某種形式的成型，以使樹脂和增強材料成形。在固化之前和固化過程中，需要使用模具使未成型的樹脂/纖維組合成形。

　　

　　熱固性復(fù)合材料最基本的制造方法是手工疊層，通常包括將稱為干織物層或預(yù)浸料層（預(yù)浸樹脂的織物）的層手工放置在工具上，以形成層壓板疊層。在鋪層完成后（例如，通過樹脂注入），將樹脂施加到干層上。在一種稱為濕法成網(wǎng)的變型中，每一層都涂有樹脂，并在成形后壓實。盡管壓實可以用滾筒手動完成，但如今大多數(shù)制造商都使用真空裝袋技術(shù)，包括將塑料片材放置在疊層上，在工具邊緣密封，為空氣軟管添加一個或多個端口，然后使用真空泵從片材和疊層之間的空間排出空氣）。去毛刺不僅鞏固了疊層，還去除了樹脂基體中的空氣，否則會在層壓板中產(chǎn)生不希望的空隙（氣穴），從而削弱復(fù)合材料。

　　

　　

　　最基本的是允許在室溫下固化（由預(yù)混合到樹脂中的催化劑或硬化劑添加劑引發(fā)）。然而，可以通過加熱（通常用烤箱）和真空加壓來加速固化。對于后者，將帶有通氣組件的真空袋放置在疊層上并連接到工具上（以與壓實中使用的方式類似的方式），然后在開始固化之前抽真空。這里的真空裝袋工藝進一步鞏固了材料層，并顯著減少了由于基體在其化學(xué)固化階段進行時發(fā)生的排氣而產(chǎn)生的空隙。

　　

　　

　　

　　2014 年 11 月，Globe Machine Manufacturing Co.（美國華盛頓州塔科馬市）試驗了其第二 代 RapidClave 系統(tǒng)，這是一種熱壓罐外混合成型工藝，在 6 分鐘的周期內(nèi)成功形成了單向碳纖維/環(huán)氧預(yù)浸料（6-8 層，0°/90° 疊層）零件，這是熱固性復(fù)合材料的第一次，也是汽車行業(yè)向大規(guī)模生產(chǎn)預(yù)期邁出的一大步。

　　

　　壓力

　　

　　許多高性能熱固性零件需要加熱和高固結(jié)壓力才能固化，這些條件需要使用高壓釜。一般來說，高壓滅菌器的購買和操作成本很高。配備高壓滅菌器的制造商通常同時固化多個零件。計算機系統(tǒng)監(jiān)測和控制高壓釜的溫度、壓力、真空和惰性氣氛，這允許對固化過程進行無人值守和/或遠程監(jiān)督，并最大限度地有效利用該技術(shù)。

　　

　　加熱

　　

　　當(dāng)需要加熱進行固化時，零件溫度以小增量“上升”，在樹脂系統(tǒng)規(guī)定的特定時間內(nèi)保持在固化水 平，然后“下降”至室溫，以避免因不均勻膨脹和收縮而導(dǎo)致的零件變形或翹曲。當(dāng)該固化循環(huán)完成并且零件脫模后，一些零件經(jīng)過二次獨立后固化，在此期間，它們在比初始固化更高的溫度下經(jīng)受特定的時間段，以提高化學(xué)交聯(lián)密度。

　　

　　替代固化方法

　　

　　電子束固化已被探索為一種有效的薄層壓板固化方法。在電子束固化中，復(fù)合材料疊層暴露于提供電離輻射的電子流中，導(dǎo)致輻射敏感樹脂中的聚合和交聯(lián)。X 射線和微波固化技術(shù)以類似的方式工作。第四種替代方案，紫外線（UV- ultraviolet ）固化，涉及使用紫外線輻射來活化添加到熱固性樹脂中的光引發(fā)劑，當(dāng)活化時，引發(fā)交聯(lián)反應(yīng)。紫外線固化需要透光樹脂和增強材料。

　　

　　固化檢測

　　

　　一項新興技術(shù)是對固化方法本身的監(jiān)測。介電固化監(jiān)測器通過測量離子的電導(dǎo)率來測量固化程度，離子是樹脂中存在的較小、極化、相對不重要的雜質(zhì)。離子傾向于向相反極性的電極遷移，但遷移速度受到樹脂粘度的限制——粘度越高，速度越慢。隨著固化過程中交聯(lián)的進行，樹脂粘度增加。其他方法包括樹脂內(nèi)的偶極監(jiān)測、交聯(lián)產(chǎn)生的微電壓監(jiān)測、固化過程中聚合物放熱反應(yīng)的監(jiān)測，以及通過光纖技術(shù)使用紅外監(jiān)測。

　　

　　熱壓罐外固化（OOA）

　　

　　熱壓罐外固化（OOA-）是高性能復(fù)合材料零件行業(yè)中一個引人注目的現(xiàn)象。熱壓罐系統(tǒng)的高成本和有限的尺寸促使許多加工商，特別是航空航天領(lǐng)域的加工商，要求使用 OOA 樹脂，這種樹脂只能在烘箱中加熱固化（與熱壓罐相比，資金密集度更低，操作成本更低，尤其是使用非常大的零件）或在室溫下固化。賽達航空航天材料公司（現(xiàn)為蘇威復(fù)合材料公司- Solvay）推出了第一種 OOA 樹脂，這是一種專為航空航天應(yīng)用而設(shè)計的環(huán)氧樹脂。OOA 工裝環(huán)氧樹脂和粘合劑也即將上市。

　　

　　開式模塑

　　

　　單面模具中的開放接觸成型是制造玻璃纖維復(fù)合材料產(chǎn)品的一種低成本、常見的工藝。開放式成型通常用于船體和甲板、RV 部件、卡車駕駛室和擋泥板、水療中心、浴缸、淋浴間和其他相對較大、不復(fù)雜的形狀，包括手動疊層或半自動替代品噴涂。

　　

　　在開模噴涂應(yīng)用中，首先對模具進行脫模處理。如果使用凝膠涂層，通常在脫模后將其噴涂到模具 中。然后固化凝膠涂層，并且模具準備好開始制造。在噴涂過程中，使用切斷槍將催化樹脂（粘度為 500-1000cps）和玻璃纖維噴涂到模具中，切斷槍將連續(xù)纖維切成短的長度，然后將短纖維直接吹入噴涂的樹脂流中，從而同時應(yīng)用這兩種材料。為了減少揮發(fā)性有機物，活塞泵啟動的非霧化噴槍和流體沖擊噴頭在低壓下分配凝膠涂層，并在凝膠涂層固化后，在較大液滴中分配樹脂。另一種選擇是滾筒浸漬器，它將樹脂泵入類似于油漆滾筒的滾筒中。

　　

　　在噴涂過程的最后幾步，工人們用滾筒手工壓實層壓板。然后可以添加木材、泡沫或其他芯材，并且第二噴涂層將芯嵌入層壓板蒙皮之間。然后將零件固化、冷卻并從典型的可重復(fù)使用的模具中取出。

　　

　　手工鋪放和噴霧法經(jīng)常同時使用，以減少勞動。例如，織物可能首先被放置在暴露于高應(yīng)力的區(qū)域；然后，可以使用噴槍來施加碎玻纖和樹脂，以構(gòu)建層壓板的其余部分。巴沙木（Balsa）或泡沫芯可以在任一過程中插入層壓層之間。典型的玻璃纖維體積在噴涂時為 15%，在手工疊層時為 25%。

　　

　　噴霧加工，曾經(jīng)是一種非常流行的制造方法，現(xiàn)在已經(jīng)開始失寵。美國的聯(lián)邦法規(guī)和歐盟的類似法規(guī)規(guī)定了對工人接觸揮發(fā)性有機物和危險空氣污染物（HAP-hazardous air pollutants）以及向環(huán)境中排放的限制。苯乙烯是熱固性樹脂中用作稀釋劑的最常見的單體，在這兩個列表中都有。由于工人在噴涂過程中難以控制苯乙烯的暴露和排放，且成本高昂，許多復(fù)合材料制造商已轉(zhuǎn)向封閉模具、基于輸液的工藝，以更好地包含和管理苯乙烯。

　　

　　盡管通過手工疊層的開放式成型正在被更快、技術(shù)更精確的方法所取代（如下所示），但它仍然廣泛用于修復(fù)損壞的零件，包括由其他常用材料制成的零件，如鋼和混凝土。

　　

　　樹脂灌注工藝

　　

　　對更快生產(chǎn)率的需求不斷增加，迫使該行業(yè)用替代制造工藝取代手工疊層，并鼓勵制造商盡可能實現(xiàn)這些工藝的自動化。

　　

　　樹脂傳遞模塑（RTM）

　　

　　一種常見的替代方案是樹脂傳遞模塑（RTM- resin transfer molding），有時被稱為液體模塑。RTM 是一個相當(dāng)簡單的過程：它從一個由兩部分組成的、匹配的、封閉的模具開始，該模具由金屬或復(fù)合材料制成。將干增強件（通常為預(yù)成型件）放入模具中，然后關(guān)閉模具。樹脂和催化劑在分配設(shè)備中進行計量和混合，然后在低至中等壓力下通過注射口泵入模具，沿著預(yù)先設(shè)計的路徑穿過預(yù)成型件。極低粘度樹脂用于 RTM應(yīng)用，特別是用于厚零件，以確保樹脂在固化開始前快速、徹底地滲透到預(yù)成型件中。模具和樹脂都可以根據(jù)需要進行預(yù)熱，以用于特定的應(yīng)用。

　　

　　RTM 生產(chǎn)高質(zhì)量的零件，而無需熱壓罐。然而，當(dāng)固化和脫模時，用于高溫應(yīng)用的零件通常會進行后固化。

　　

　　大多數(shù) RTM 應(yīng)用使用由兩部分組成的環(huán)氧樹脂配方。這兩部分在注射之前混合在一起。雙馬來酰亞胺和聚酰亞胺樹脂也可用于 RTM 工藝。

　　

　　輕型RTM(LRTM)

　　

　　輕型 RTM（Light RTM）是 RTM 的一種變體，越來越受歡迎。在輕型 RTM 中，低注射壓力加上真空，允許使用價格較低、重量輕的兩部分模具或非常輕、靈活的上模具。

　　

　　RTM 的好處令人印象深刻。通常，RTM 中使用的干燥預(yù)成型件和樹脂比預(yù)浸料材料便宜，并且可以在室溫下儲存。該工藝可以生產(chǎn)出厚的、接近凈形狀的零件，省去了大多數(shù)后期制造工作。它還生產(chǎn)出具有良好表面細節(jié)的尺寸精確的復(fù)雜零件，并且與開放成型技術(shù)不同，開放成型技術(shù)通常生產(chǎn)出具有 a 面和 B 面（分別為完成面和未完成面）的輪廓但平面的零件。RTM 可以在復(fù)雜的三維部件的所有暴露表面上提供所需的外觀光潔度。在模具閉合之前，也可以在預(yù)成型件內(nèi)放置插入件，使 RTM 工藝能夠適應(yīng)核心材料，并將“模制”配件和其他硬件集成到零件結(jié)構(gòu)中。此外，RTM 成型零件的空隙率較低，測量值≤2%。最后，RTM 顯著縮短了循環(huán)時間，并且可以作為自動化、可重復(fù)制造過程中的一個階段使用，以獲得更高的效率，將循環(huán)時間從幾天（典型的手工鋪放）減少到幾小時甚至幾分鐘。

　　

　　高壓RTM(HP-RTM)

　　

　　RTM 的一 種最新變體 ， 稱為高壓RTM（High pressure RTM），因其快速生產(chǎn)汽車零部件的潛力而備受關(guān)注。

　　

　　“低壓 RTM（在 10 到 20 巴下注入樹脂）的標準循環(huán)時間為 30 到 60 分鐘。”。“它可以低至 5 分鐘，但只適用于非常小的零件。”

　　

　　“高壓，”Mayr 說，“意味著混合頭中的壓力高達 150 巴，模具中的壓力從 30 巴到 120 巴，具體取決于零件尺寸和幾何形狀。

　　

　　”HP-RTM 通常被設(shè)計成一個包括模具穿梭機的完全自動化系統(tǒng)，它能夠用非常快速的固化樹脂快速填充裝有預(yù)成型件的模具，有望實現(xiàn)高產(chǎn)量。HP-RTM仍然包括纖維預(yù)制件、閉合模具、壓機和樹脂注射系統(tǒng)，但后者現(xiàn)在是一個沖擊混合頭，就像 20 世紀 60年代首次為聚氨酯（PU）泡沫應(yīng)用開發(fā)的那樣。事實上，PU 和反應(yīng)注射成型（RIM，見下一項）工藝的計量/混合/注射供應(yīng)商是 HP-RTM 的早期開發(fā)商之一，包括 KraussMaffei Technologies GmbH（德國慕尼黑）、Hennecke Inc.（德國 Sankt Augustin）、Frimo Inc.（德國樂天）、Cannon USA Inc.和 Cannon SpA（美國賓夕法尼亞州 Cranberry 鎮(zhèn)和意大利Borromeo。

　　

　　

　　

　　大批量成型復(fù)雜零件：樹脂轉(zhuǎn)移成型（RTM）的一種變體，高壓 RTM（HP-RTM），已經(jīng)用于大規(guī)模集成碳纖維增強 塑料汽車部件的批量生產(chǎn)，例如這款寶馬（沃爾夫斯堡， 杰瑪尼）i8 跑車的側(cè)架。

　　

　　反應(yīng)注射成型（RTM）

　　

　　與 RTM 不同的是，在 RTM 中，樹脂和催化劑在壓力下注射到模具中之前是預(yù)混合的，反應(yīng)注射成型（RIM- reaction injection molding ）將快速固化樹脂和催化劑以兩種不同的流注入到模具中。混合和由此產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在模具中，而不是在分配頭中。汽車行業(yè)供應(yīng)商已將結(jié)構(gòu) RIM（SRIM- structural RIM）與快速預(yù)成型方法相結(jié)合，以制造不需要 A 級表面處理的結(jié)構(gòu)零件。可編程機器人已經(jīng)成為將切碎的玻璃纖維/粘合劑組合噴涂到配備真空的預(yù)制棒篩網(wǎng)或模具上的常用手段。機器人噴灑可以用來控制纖維的方向。一種相關(guān)的技術(shù)，干纖維放置，結(jié)合了縫合預(yù)制件和 RTM。高達 68%的纖維體積是可能的，自動化控制確保了低空隙和一致的預(yù)制件復(fù)制，而無需修剪。

　　

　　真空輔助樹脂轉(zhuǎn)移模型（VARTM）

　　

　　真空輔助樹脂轉(zhuǎn)移模塑（VARTM- Vacuum-assisted resin transfer molding ）是指各種相關(guān)工藝，代表了一種發(fā)展最快的模塑技術(shù)。VARTM 型工藝和 RTM 之間的顯著區(qū)別在于，在 VARTM 中，樹脂僅通過使用真空而不是在壓力下泵入而被抽成預(yù)成型件。VARTM 不需要高熱量或高壓力。出于這個原因，VARTM 采用低成本的工具，使得一次性生產(chǎn)大型復(fù)雜零件成為可能。

　　

　　

　　

　　真空灌注在造船中有著重要的應(yīng)用，因為它允許制造商在一個步驟中灌注整個船體、甲板結(jié)構(gòu)和平面輪廓零件。但航空航天結(jié)構(gòu)，另一組通常是大型部件，也正在使用真空注入工藝進行開發(fā)。

　　

　　在 VARTM 工藝中，將纖維增強件放置在單面模具中，并在頂部放置蓋子（通常是塑料袋膜）以形成真空密封。樹脂通常通過戰(zhàn)略性放置的端口和進料管線進入結(jié)構(gòu)，稱為“歧管”。樹脂通過一系列設(shè)計的內(nèi)部通道通過增強件通過真空抽吸，以促進纖維的潤濕。成品中的纖維含量可高達 70%。目前的應(yīng)用包括海運、陸運和基礎(chǔ)設(shè)施部分。

　　

　　樹脂灌注在造船中有著重要的應(yīng)用，因為它允許制造商在一個步驟中灌注整個船體、甲板結(jié)構(gòu)和平面輪廓零件。但航空航天結(jié)構(gòu)，另一組通常是大型部 件，也在使用 VARTM 進行開發(fā)。

　　

　　一種樹脂灌注扭曲是使用兩個袋，稱為雙袋灌 注，它使用一個連接到內(nèi)袋的真空泵來提取揮發(fā)物和截留的空氣，并使用外袋上的第二個真空泵來壓實層壓板。波音公司（美國伊利諾伊州芝加哥）和美國國家航空航天局以及小型制造公司都采用了這種方法，在沒有熱壓罐的情況下生產(chǎn)航空航天質(zhì)量的層壓板。俄羅斯原始設(shè)備制造商 Irkut 和制造商 Aerocomposit生產(chǎn)的 MS-21 單通道噴氣式客機的熱壓罐外（OOA） CFRP 機翼的開發(fā)也實現(xiàn)了航空航天質(zhì)量，這兩家公司都位于莫斯科。一個關(guān)鍵步驟是 FACC AG（Ried im Innkreis，Austria）利用其專有的膜輔助樹脂灌注（MARI）工藝開發(fā)了一種整體式 CFRP 翼盒，該工藝使用半滲透膜，實現(xiàn)了一個穩(wěn)定、穩(wěn)健的過程，可提供 100%的浸漬（無干點或空隙）。OOA 注入也已在美國國家航空航天局太空發(fā)射系統(tǒng)（SLS）項目的大型工具和結(jié)構(gòu)上進行了演示，該項目使用環(huán)氧樹脂和雙馬來酰亞胺（BMI）樹脂，苯并惡嗪樹脂的類似工作正在迅速進行。

　　

　　樹脂膜灌注（RFI）

　　

　　樹脂膜灌注（RFI- Resin film infusion）是一種混合工藝，其中將干燥的預(yù)成型件放置在高粘度樹脂膜的一層頂部或與多層交織的模具中。在施加的熱量、真空和壓力下，樹脂液化并被吸入預(yù)成型件中，即使是高粘度的增韌樹脂，由于流動距離短，也會產(chǎn)生均勻的樹脂分布。

　　

　　大體積成型方法

　　

　　模壓成型（Compression molding）

　　

　　模壓成型（Compression molding）是一種使用昂貴但非常耐用的金屬模具的大容量熱固性成型工藝。當(dāng)生產(chǎn)數(shù)量超過 10000 個零件時，這是一個合適的選擇。使用片狀模塑化合物（SMC- sheet molding compound），一種將切碎的玻璃纖維夾在兩層厚樹脂漿之間制成的復(fù)合片材，在一套鍛鋼模具上可以生產(chǎn)多達 200000 個零件。為了形成片材，樹脂漿料從計量裝置轉(zhuǎn)移到移動的薄膜載體上。切碎的玻璃纖維掉到糊狀物上，第二個薄膜載體在玻璃纖維上再放一層樹脂。輥將玻纖壓實，使樹脂浸透玻纖，并擠出截留的空氣。樹脂漿最初是糖蜜的稠度（20000-40000cps）；在接下來的三到五天里，它的粘度增加，片材變成皮革狀（約 2500 萬 cps），非常適合處理。

　　

　　當(dāng) SMC 準備好成型時，將其切割成更小的薄 片，并在加熱的模具（121°C 至 262°C ）上組裝填充圖案（簾布層表）。模具閉合并夾緊，施加 24.5 至172.4 巴的壓力。隨著材料粘度的下降，SMC 流動以填充模腔。固化后，手動或通過一體式脫模銷脫模零件。

　　

　　用于 A 級面漆的典型的低型面（收縮率小于 0.05%）SMC 配方按重量計由 25%聚酯樹脂、25%短切玻璃纖維、45%填料和 5%添加劑組成。玻璃纖維熱固性 SMC 在 30-150 秒內(nèi)固化，并且總循環(huán)時間可以低至 60 秒。其他級別的 SMC 包括低密度、柔性和色素配方。目前市場上的低壓 SMC 配方為開放式模具制造商提供了進入閉式模具加工的低資本投資，VOC排放幾乎為零，并有可能獲得非常高質(zhì)量的表面光潔度。

　　

　　汽車制造商正在探索碳纖維增強 SMC，希望在車身外部面板和其他部件中利用碳纖維的高強度和剛度重量比。較新的增韌 SMC 配方有助于防止微裂紋，這是一種以前在涂裝過程中導(dǎo)致油漆“爆裂”的現(xiàn)象（由脫氣引起的表面凹坑，即在烘箱固化過程中釋放出困在微裂紋中的氣體）。

　　

　　工業(yè)市場上的復(fù)合材料制造商正在自行配制樹脂，并在內(nèi)部配制 SMC，以滿足特定應(yīng)用中的需求，這些應(yīng)用需要抗紫外線、抗沖擊和防潮，表面質(zhì)量要求推動了定制材料開發(fā)的需求。

　　

　　注射成型（Injection molding）

　　

　　注射成型(Injection molding)是一種快速、大容 量、低壓、封閉的工藝，最常見的是使用填充的熱塑性塑料，如帶有短切玻璃纖維的尼龍。然而，在過去的 20 年里，BMC 的自動注射成型已經(jīng)占領(lǐng)了一些以前由熱塑性塑料和金屬鑄件制造商占據(jù)的市場。例 如，第一個基于 BMC 的電子節(jié)氣門控制閥（ETC- electronic throttle control）（之前僅由壓鑄鋁制成）首次出現(xiàn)在寶馬迷你和標致 207 的發(fā)動機上，利用了由 TetraDUR GmbH（德國漢堡）提供的特殊成型 BMC 所提供的尺寸穩(wěn)定性，該 BMC 是 Bulk Molding Compounds 股份有限公司（BMCI，美國伊利諾伊州西芝加哥）的子公司。

　　

　　在 BMC 注射成型過程中，柱塞或螺桿式柱塞迫使計量的材料通過加熱的桶，并將其（34.47- 82.74MPa）注射到封閉的加熱模具中。在模具中，液化的 BMC 很容易沿著流道流動并進入閉合的模具。在固化和脫模后，零件只需要最少的精加工。注射速度通常為一到五秒，在一些多腔模具中，每小時可以生產(chǎn)多達 2000 個小零件。

　　

　　具有厚橫截面的零件可以用 BMC 壓縮成型或轉(zhuǎn)移成型。轉(zhuǎn)移模塑是一種閉模工藝，其中測量的 BMC裝料被放置在具有通向模腔的流道的罐中。柱塞迫使材料進入空腔，在那里產(chǎn)品在熱和壓力下固化。

　　

　  混合注塑/熱成型

　　

　　混合注塑/熱成型(injection-molding/thermoforming)是汽車行業(yè)通過混合塑料和復(fù)合材料工藝尋求短模具周期（<2 分鐘）的一個例子。SpriForm 是由 HBW Gubesch Thermoforming GmbH（德國威廉斯多夫）開發(fā)的一種工藝，用于 Johnson Controls（JCI， Burscheid，德國）領(lǐng)導(dǎo)的 CAMISMA 汽車座椅靠背項目。該工藝預(yù)加熱由碳纖維（CF）增強聚酰胺 12（PA12）有機片制成的定制坯料，在匹配的金屬模具和工具中壓縮成型，然后注射成型 30%短玻璃纖維增強 PA12 化合物，該化合物填充模腔以產(chǎn)生完全包覆成型的邊緣以及肋和其他功能元件。該過程使用兩個機器人很容易實現(xiàn)自動化，與鋼制座椅靠背相比，可節(jié)省 40-50%的重量，并為節(jié)省的重量增加不到 5 美元/公斤的增量成本。盡管連續(xù)的 CF/PA12 膠帶提供了量身定制的剛度和強度，但成本較低的注塑材料占座椅靠背質(zhì)量的一半。一次成型過程大約需要 90 秒，無需二次操作即可生產(chǎn)出幾何細節(jié)零件。有機片材預(yù)成型件的基層是由回收碳纖維（RCF- recycled carbon fiber）制成的 PA12 浸漬墊，這也是降低零件成本和碳足跡的一種手段。

　　

　　纖維纏繞（Filament winding）

　　

　　纖維纏繞(Filament winding )是一種連續(xù)的制造方法，可以高度自動化和可重復(fù)，材料成本相對較低。一種稱為芯軸的長圓柱形工具水平懸掛在端部支撐件之間，而“頭”——纖維應(yīng)用機器——沿著旋轉(zhuǎn)芯軸的長度來回移動，以預(yù)定的配置將纖維放置在工具上。可提供計算機控制的細絲纏繞機，配備 2 至 12 個運動軸。

　　

　　在大多數(shù)熱固性應(yīng)用中，纖維纏繞設(shè)備在材料接觸心軸之前使纖維材料通過樹脂“浴”。這被稱為濕繞組。然而，一種變體使用絲束預(yù)浸料，即用樹脂預(yù)浸的連續(xù)纖維。這消除了現(xiàn)場樹脂浴的需要。在一個稍微不同的過程中，纖維是在沒有樹脂的情況下纏繞的（干式纏繞）。然后將干燥的形狀用作另一成型工藝（例如 RTM）中的預(yù)成型件。

　　

　　在烘箱或熱壓罐固化后，芯軸要么保持在原位，成為纏繞部件的一部分，要么通常將其移除。一件式圓柱形或錐形芯軸，通常形狀簡單，用芯軸提取設(shè)備從零件中拔出。一些芯軸，特別是在更復(fù)雜的零件 中，由可溶性材料制成，可以溶解并從零件中沖洗出來。其他的是可折疊的或由幾個零件制成的，可以拆卸和拆卸成更小的零件。纖維纏繞制造商經(jīng)常“調(diào) 整”或稍微修改現(xiàn)成的樹脂，以滿足特定的應(yīng)用要 求。一些復(fù)合材料零件制造商開發(fā)自己的樹脂配方。

　　

　　在熱塑性塑料纏繞中，所有材料都是預(yù)浸材料，因此不需要樹脂浴。材料在纏繞到芯軸上時會被加 熱，這一過程被稱為“動態(tài)固化”或原位固結(jié)。預(yù)浸料坯在一次連續(xù)操作中加熱、鋪放、壓實、固結(jié)和冷卻。熱塑性預(yù)浸料消除了熱壓罐固化（切割成本和尺寸限制）并降低了原材料成本，由此產(chǎn)生的零件可以進行再加工以糾正缺陷。

　　

　　纖維纏繞可產(chǎn)生具有特殊周向或“環(huán)向”強度的零件。纖維纏繞的最大單次應(yīng)用是高爾夫球桿桿身。釣魚桿、管道、壓力容器和其他圓柱形零件構(gòu)成了剩余業(yè)務(wù)的大部分。

　　

　　拉擠成型（Pultrusion)

　　

　　拉擠成型（Pultrusion）與 RTM 一樣，已經(jīng)在玻璃纖維和聚酯樹脂中使用了幾十年，但在過去的 10 年里，該工藝也在先進的復(fù)合材料應(yīng)用中得到了應(yīng)用。在這種相對簡單、低成本的連續(xù)工藝中，增強纖維（通常是粗紗、絲束或連續(xù)氈）通常被拉動通過加熱的樹脂浴，然后在其通過一個或多個成型引導(dǎo)件或襯套時形成特定形狀。然后，材料通過加熱模具，在那里形成網(wǎng)狀并固化。在更下游，冷卻后，將得到的型材切割成所需的長度。拉擠生產(chǎn)出光滑的成品零件，通常不需要后處理。廣泛的連續(xù)、一致、實心和空心型材都是拉擠成型的，該工藝可以根據(jù)特定應(yīng)用進行定制。

　　

　　管材軋制(Tube rolling)

　　

　　管材軋制(Tube rolling)是一種長期存在的復(fù)合材料制造工藝，可以生產(chǎn)有限長度的管材和棒材。它特別適用于長度高達 6.2 米的小直徑圓柱形或錐形管道。

　　

　　直徑高達 152 毫米的管道可以有效軋制。通常，根據(jù)零件的不同，使用粘性預(yù)浸料織物或單向膠帶。該材料被預(yù)切割成圖案，這些圖案被設(shè)計為實現(xiàn)應(yīng)用所需的簾布層計劃和纖維結(jié)構(gòu)。圖案塊被放置在平坦的表面上，在施加的壓力下，將芯軸卷繞在每個圖案塊  上，從而壓實和分拆材料。當(dāng)滾動錐形心軸時，例  如，對于魚竿或高爾夫桿，只有第一排縱向纖維落在真正的 0°軸上。因此，為了賦予管彎曲強度，必須通過以規(guī)則間隔重新定位圖案片來連續(xù)地重新定向纖維。

　　

　　自動纖維放置（AFP）

　　

　　自動纖維放置（AFP）。纖維放置過程自動將多個單獨的預(yù)浸料絲束高速放置在芯軸上，使用數(shù)控鉸接機器人放置頭同時分配、夾緊、切割和重新啟動多達 32 個絲束。最小切割長度（機器可以鋪設(shè)的最短絲束長度）是決定簾布層形狀的重要因素。纖維放置頭可以連接到 5 軸龍門架上，也可以改裝到纖維纏繞機上，或者作為交鑰匙定制系統(tǒng)交付。機器配有雙芯軸工位，可提高生產(chǎn)率。纖維放置的優(yōu)點包括加工速 度、減少材料廢料和勞動力成本、零件整合和提高零件間的一致性。該工藝通常用于生產(chǎn)形狀復(fù)雜的大型熱固性零件。

　　

　　自動鋪帶（ATL）

　　

　　自動鋪帶（ATL）是一種速度更快的自動化過 程，在該過程中，預(yù)浸膠帶而不是單根絲束被連續(xù)鋪設(shè)以形成零件。它通常用于輪廓或角度高度復(fù)雜的零件。膠帶疊層是通用的，允許在過程中斷裂，并易于改變方向，它可以適用于熱固性和熱塑性材料。該頭包括一個或多個磁帶卷軸、卷繞器、卷繞器導(dǎo)向器、壓實靴、位置傳感器和磁帶切割器或縱切機。在任何一種情況下，頭部都可以位于多軸鉸接機器人的末 端，該機器人圍繞應(yīng)用材料的工具或心軸移動，或者頭部可以位于懸掛在工具上方的龍門架上。可替換 地，工具或心軸可以移動或旋轉(zhuǎn)，以使頭部接近工具的不同部分。膠帶或纖維被應(yīng)用于課程中的工具，該課程由一排任意長度、任意角度的材料組成。多個課程通常一起應(yīng)用于一個區(qū)域或圖案，并由機器控制軟件定義和控制，該軟件使用從零件設(shè)計和分析中獲得的數(shù)字輸入進行編程。計算機驅(qū)動的自動化設(shè)備的資本支出可能是巨大的。

　　

　　盡管 ATL 通常比 AFP 更快，并且可以在更長的距離上放置更多的材料，但 AFP 更適合于較短的路 線，并且可以更有效地在輪廓表面上放置材料。這些技術(shù)源于機床行業(yè)，并在即將推出的波音 787 夢想客機和空客 A350 XWB 的機身、翼板、翼盒、尾翼和其他結(jié)構(gòu)的制造中得到了廣泛應(yīng)用。ATL 和 AFP 也被廣泛用于生產(chǎn) F-35 閃電 II 戰(zhàn)斗機、V-22 魚鷹傾轉(zhuǎn)旋翼部隊運輸和其他各種飛機的零件。最新的設(shè)備趨勢使 AFP 和 ATL 都能在幾分鐘內(nèi)通過更換可固定的頭在兩者之間切換。另一個發(fā)展領(lǐng)域是通過高性能熱塑性塑料追求熱壓罐外（OOA）主要受力的復(fù)合材料飛機結(jié)構(gòu)。空中客車公司（法國圖盧茲）正在與 MTorres（西班牙納瓦拉）支持的 FIDAMC（西班牙馬德里）和 Coriolis Composites SAS（法國奎文）支持的 Technocus EMC2（法國南特）合作，開發(fā)長桁加筋機身蒙皮板，該蒙皮板是使用自動機械通過激光原位固化的。FIDAMC 和 MTorres 在 2014 年 JEC 上宣布了一種 CF/聚醚醚酮（PEEK）機身面板，其基體結(jié)晶度達到 35-40%，固結(jié)度（DOC- degree of consolidation）足以無需進一步加熱、真空袋或熱壓罐處理。實時溫度控制正在集成到設(shè)備中。材料由 Cytec Aerospace Materials HQ（美國新澤西州伍德蘭公園）和 Toho Tenax Europe GmbH（德國伍珀塔爾）提供。

　　

　　離心鑄造（Centrifugal casting）

　　

　　離心鑄造（Centrifugal casting）直徑為 25 mm 至 356 mm 的管道是高性能、耐腐蝕服務(wù)中纖維纏繞的替代方案。在鑄管中，與多軸玻璃纖維纏繞管相比， 0°/90° 編織玻璃纖維在整個管壁上提供縱向和環(huán)向強度，并在相同壁厚下帶來更大的強度。在鑄造過程 中，環(huán)氧樹脂或乙烯基酯樹脂被注入 150G 離心旋轉(zhuǎn)模具中，滲透到包裹在模具內(nèi)表面的編織物中。離心力推動樹脂穿過織物層，在管道外部形成光滑的表 面，多余的樹脂泵入模具，形成富含樹脂、耐腐蝕和耐磨的內(nèi)襯。

　　

　　纖維增強熱塑性組件現(xiàn)在也可以通過擠壓生產(chǎn)。利用長纖維玻璃增強熱塑性塑料（ABS、PVC 或聚丙烯）復(fù)合材料開發(fā)了突破性的材料和工藝技術(shù)，以提供一種堅固、低成本的型材，替代辦公家具、電器、半掛車和體育用品中使用的木材、金屬和注塑塑料部件。在過去的十年里，擠出熱塑性塑料/木粉（或其他添加劑，如韌皮纖維或粉煤灰）復(fù)合材料出現(xiàn)了巨大的市場。這些木塑復(fù)合材料，或稱為 WPC，用于模擬木板、墻板、門窗框架和圍欄。

　　

　　增材制造3D 打印

　　

　　增材制造也被稱為 3D 打印，這種更新形式的復(fù)合材料零件生產(chǎn)源于在產(chǎn)品開發(fā)的設(shè)計到原型階段降低成本的努力，特別針對工具制造的材料、勞動力和時間密集型領(lǐng)域。增材制造是 20 多年前引入的快速原型概念發(fā)展的一個階段性變化，快速原型概念是一組類似但單獨開發(fā)的增材制造技術(shù)，即從一系列名義上二維（2D）橫截面的專用材料層組裝三維（3D）物體的自動化過程。

　　

　　所有的增材制造技術(shù)都是從 CAD 圖紙開始的。使用特殊軟件將實體模型 CAD 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為文件格 式，該文件格式將三維曲面表示為平面三角形的組合。然后使用附加的、通常是專有的軟件將該虛擬圖像“切片”成非常薄的 2D 橫截面圖案。該層數(shù)據(jù)用于指導(dǎo)增材制造機械通過“堆疊”2D 切片來構(gòu)建 3D 物理模型。

　　

　　目前，使用了五種增材制造方法：

　　

　　立體光刻（SLA- Stereolithography)

　　

　　立體光刻（SLA- Stereolithography）于 1986 年獲得專利，是第一種完全商業(yè)化的快速原型技術(shù)，至今仍是應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。在 SLA 過程中，零件模型建立在一個平臺上，該平臺位于液體光固化聚合物（通常是環(huán)氧樹脂或丙烯酸酯樹脂）的大桶中的表面正下方。使用先前創(chuàng)建的 CAD 切片數(shù)據(jù)編程的低功率紫外線（UV- ultraviolet）激光器，用其高度聚焦的 UV 光束追蹤零件的第一層，掃描并固化切片輪廓邊界內(nèi)的樹 脂，直到切片橫截面內(nèi)的整個區(qū)域固化。然后，升降機將平臺逐漸降低到液體聚合物中，深度等于切片厚度，清掃器用液體聚合物重新涂覆固化層。然后，激光在第一層的頂部劃出第二層。重復(fù)該過程，直到零件完成。根據(jù)零件的幾何形狀，在構(gòu)建過程中可能需要在零件中構(gòu)建機械支架以容納液體。從大桶中取出后，將支架從零件中取出，然后將其放入紫外線烘箱中進行額外固化。

　　

　　熔融沉積建模（FDM- Fused Deposition Modeling ）

　　

　　熔融沉積建模（FDM- Fused Deposition Modeling ）是第二種應(yīng)用最廣泛的 AM 工藝。FDM 由 ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）、聚碳酸酯和其他以韌性著稱的樹脂制成。通常，當(dāng)零件耐久性至關(guān)重要時，才選擇它。

　　

　　FDM 一次一層地構(gòu)建三維對象。塑料絲從線圈上解開，將材料供應(yīng)到加熱的擠出噴嘴，該噴嘴控制流量。噴嘴安裝在機械臺上，可以水平和/或垂直移動。噴嘴在臺上移動，臺上涂有支撐材料，沉積出一條擠出塑料的薄珠。對于 ABS，該層的厚度通常為 0.25mm/0.010 英寸，這大致定義了 FDM 零件上的公差。連續(xù)擠出的層與前一層粘合，然后立即硬化。整個系統(tǒng)包含在一個溫度剛好低于塑料熔點的腔室中。從腔室中取出零件后，無需進行后處理。

　　

　　激光燒結(jié)（LS- Laser Sintering ）

　　

　　激光燒結(jié)（LS- Laser Sintering ）是 20 世紀 80 年代末由德克薩斯州奧斯汀的美國 DTM 公司開發(fā)的。該技術(shù)于 2001 年被 3D Systems 收購。在一種類似于立體光刻的方法中，3D 的選擇性激光燒結(jié)（SLS- Selective Laser Sintering）工藝使用 CO2 激光的熱量來處理各種粉末而非液體形式的材料，包括尼龍和玻璃纖維或碳纖維填充的尼龍。在一個大約有印刷店復(fù)印機大小的封閉單元中，CO2 激光器和反射鏡系統(tǒng)安裝在支撐零件的構(gòu)建臺或底座上。輥子在底座表面上分布一層薄薄的粉末材料，然后反射鏡系統(tǒng)將激光束引導(dǎo)到粉末層上。當(dāng)光束在材料上來回掃描時，激光器打開和關(guān)閉，選擇性地將粉末燒結(jié)（將粉末顆粒加熱至熔化或熔化溫度），其圖案在尺寸和形狀上與從轉(zhuǎn)換的 CAD文件中導(dǎo)出的橫截面切片相同。然后，將底座降低層厚度的距離，將另一層粉末卷在冷卻并現(xiàn)已固化的第一層上，并重復(fù)燒結(jié)過程，將第二層粘合到第一層上。該過程以 0.08 毫米至 0.15 毫米（0.003 英寸至0.006 英寸）厚的層重復(fù)進行，直到零件完成。

　　

　　數(shù)字光處理（DLP- Digital Light Processing）

　　

　　數(shù)字光處理（DLP- Digital Light Processing）由美國德克薩斯州奧斯汀市德州儀器股份有限公司開發(fā)，支持 EnvisionTEC（美國密歇根州芬代爾）開發(fā)的一系列計算機輔助建模設(shè)備（CAMOD- Computer Aided Modeling Devices ）。與立體光刻平臺一樣，這項技術(shù)使用光固化樹脂，但據(jù)報道，使用涉及掩模投影的連續(xù)工藝（而不是增量分層）更快地處理它們（約 25mm/1 英寸/小時），即，將整個圖像投影到液體光聚合物浴上，而不是用點能量源在連續(xù)施加的粉末或液體樹脂層上掃描或沉積材料層并施加熱量。此外，連續(xù)構(gòu)建技術(shù)消除了可視和觸覺的階梯形零件表面，這是基于層的添加制造的特征。EnvisionTEC 的 Perfactory Xede 機器使用單個或多個基于 DLP 的投影儀，在相對較小的 457×304×508 毫米（18×12×20 英寸）構(gòu)建外殼內(nèi)生產(chǎn)多個零件。據(jù)報道，成品部件與工程塑料具有相同的性能，如 ABS、高密度聚乙烯或聚丙烯。

　　

　　3D 打印

　　

　　3D 打印是進入該市場的最新產(chǎn)品，于 2007 年末首次亮相，當(dāng)時 Objet Geometrys（以色列雷霍沃特）推出了 Connex500 3D 系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過噴射連續(xù)的材料層來構(gòu)建 3D 零件。該系統(tǒng)設(shè)計用于同時打印一種或兩種建筑材料，基于 Objet 的 PolyJet Matrix 打印技術(shù)，這是大多數(shù)人熟悉的噴墨技術(shù)的高級版本。Objet Studio for Connex 軟件管理該過程，使用轉(zhuǎn)換后的 CAD 數(shù)據(jù)創(chuàng)建打印文件。

　　

　　在操作中，該系統(tǒng)將一種或兩種材料輸送到連接到 PolyJet Matrix 塊的專用液體系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含八個打印頭，每個打印頭包含 96 個噴嘴。為每種材料指定兩個完全同步的打印頭，包括一種易于移除的水溶性凝膠狀支撐材料。

　　

　　這些工藝最初是有意的，現(xiàn)在仍然使零件設(shè)計師和工程師能夠繞過對原型工具的需求，使他們能夠在幾個小時內(nèi)制造出原型，以評估形狀和配合特性，在某些情況下，還可以作為測試品，例如用于零件空氣動力學(xué)風(fēng)洞評估的測試品。然而，設(shè)計師們已經(jīng)意識到，也有可能使用增材制造系統(tǒng)來制造生產(chǎn)零件。

　　

　　熔融沉積建模是一種已成為纖維增強塑料零件生產(chǎn)中大多數(shù)應(yīng)用模式的方法。

　　

　　安全與環(huán)境保護

　　

　　制造商和原始設(shè)備制造商在生產(chǎn)和處理復(fù)合材料時必須解決健康、安全和環(huán)境問題。他們維護工作場所安全的方法包括定期培訓(xùn)、遵守詳細的處理程序、維護當(dāng)前的毒性信息、使用防護設(shè)備（手套、圍裙、防塵系統(tǒng)和呼吸器）以及制定全公司的監(jiān)測政策。供應(yīng)商和原始設(shè)備制造商都在努力通過重新配方樹脂和預(yù)浸料并改用水分散清潔劑來減少高揮發(fā)性有機化合物（VOC- volatile organic compounds）的排放。

　　

　　美國環(huán)境保護局繼續(xù)加強其要求，以滿足國會 1990 年通過的《清潔空氣法修正案》的要求。具體而言，該機構(gòu)的目標是減少危險空氣污染物（HAP-hazardous air pollutants）的排放，這是一份由大約 180 種被認為會對健康構(gòu)成風(fēng)險的揮發(fā)性化學(xué)品組成的清單。樹脂中使用的和固化過程中釋放的一些化合物含有HAP。2003 年初，美國環(huán)保局頒布了專門針對復(fù)合材料行業(yè)的法規(guī)，要求使用最大可實現(xiàn)控制技術(shù)（MACT- maximum achievable control technology）進行排放控制。該條例于 2006 年初生效。

　　

　　注：原文見《 Materials & Processes: Fabrication methods》