中國(guó)粉體網(wǎng)訊  碳纖維復(fù)合材料是目前無人機(jī)使用較多的增強(qiáng)材料之一。其密度低至1.5-2.0g/cm³，比強(qiáng)度與比模量遠(yuǎn)超傳統(tǒng)金屬材料，在降低機(jī)體重量的同時(shí)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也顯著提升，有效提高無人機(jī)續(xù)航能力與載荷性能，該材料還具備良好的耐腐蝕性與熱穩(wěn)定性，可適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境工況，減少維護(hù)成本。

碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造工藝是無人機(jī)生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一般涉及四種成型工藝。

熱壓罐成型

熱壓罐成型工藝是目前最常見的一次成型工藝，它的成型機(jī)理是通過加熱壓力罐內(nèi)的高溫?cái)D出壓力,對(duì)所鋪設(shè)的預(yù)浸材料進(jìn)行升溫、加壓處理，從而達(dá)到固化成型的目的。對(duì)速度要求較高的無人機(jī)，其復(fù)合材料構(gòu)件和主要承重構(gòu)件多采用這種工藝進(jìn)行制造。熱壓罐成型工藝優(yōu)勢(shì)在于成型工藝穩(wěn)定，能夠制造出較大、較復(fù)雜的零件，且模具比較簡(jiǎn)單。劣勢(shì)在于大量的投入、過多的能耗和高昂的設(shè)備。

熱壓罐成型工藝流程 來源：《碳纖維復(fù)合材料成型工藝的研究進(jìn)展》（孫琳等）

真空袋成型

真空袋成型技術(shù)的基本原理是通過真空、負(fù)壓將纖維中的氣體抽離出來，使樹脂在空氣中流動(dòng)和滲透，從而使碳纖維在真空狀態(tài)下進(jìn)行固化。與熱壓罐工藝相比，真空袋成型工藝比較簡(jiǎn)單，而且前期不需要過高的投入，操作難度適中，但是這種成型方式壓力較小，只適用于對(duì)于質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求不高的復(fù)合材料構(gòu)件，多用于制造不超過1.5mm的蜂窩夾層結(jié)構(gòu)和層壓板結(jié)構(gòu)。因?yàn)槌杀緝?yōu)勢(shì)明顯，這種工藝方法在低速無人機(jī)制造中應(yīng)用較多。

真空袋成型工藝  來源：《連續(xù)纖維增強(qiáng)聚酰胺6反應(yīng)注射真空袋壓成型的研究》（董賢文）

模壓成型

模壓成型工藝通過在模具中施加壓力，使碳纖維復(fù)合材料在一定的溫度和壓力條件下成型，從而實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的精確制造。此工藝結(jié)合了熱壓罐成型技術(shù)和真空袋成型工藝的優(yōu)點(diǎn)，具備高生產(chǎn)效率和大成型壓力，同時(shí)設(shè)備投入和成本適中，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

模壓成型碳纖維部件  來源：挪恩復(fù)合材料

3D打印成型

碳纖維復(fù)合材料3D打印成型技術(shù)是增材制造領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)，它融合了碳纖維的高性能與3D打印的靈活性。在工藝分類上主要包括熔融沉積成型、光固化成型和選擇性激光燒結(jié)三種模式。

熔融沉積成型：將碳纖維增強(qiáng)熱塑性塑料制成絲狀材料，通過加熱噴頭使其熔化，然后按照預(yù)定的路徑擠出并層層堆積，冷卻后固化成型。這種方法設(shè)備成本相對(duì)較低，材料選擇范圍較廣，可用于制造一些對(duì)精度要求不是特別高的零部件。

光固化成型：以液態(tài)光敏樹脂為基體材料，加入碳纖維粉末或短切碳纖維進(jìn)行改性。通過紫外激光束按照分層切片的圖案掃描液態(tài)樹脂表面，使樹脂迅速固化成型。該工藝精度高，表面質(zhì)量好，適合制造復(fù)雜精細(xì)的零部件，但設(shè)備價(jià)格較高，材料成本也相對(duì)較貴。

選擇性激光燒結(jié)：利用高能量激光束掃描碳纖維增強(qiáng)的粉末材料，使粉末顆粒在激光作用下燒結(jié)在一起，形成所需的零件形狀。這種方法可以制造出密度較高、力學(xué)性能較好的零部件，且無需支撐結(jié)構(gòu)，但成型效率相對(duì)較低，后處理工藝較為復(fù)雜。

3D打印成型的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于能夠根據(jù)具體需求快速制造出具有復(fù)雜形狀和結(jié)構(gòu)的零部件，無需昂貴的模具制造，大大縮短了產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)周期；相比傳統(tǒng)的減材制造方法，3D打印是按需添加材料，材料利用率大幅提高，減少了材料浪費(fèi)。劣勢(shì)在于目前可用于3D打印的碳纖維復(fù)合材料種類相對(duì)較少，與傳統(tǒng)制造工藝相比，材料的性能和規(guī)格還不夠豐富，這在一定程度上限制了其應(yīng)用范圍。

參考來源:

孫琳.碳纖維復(fù)合材料成型工藝的研究進(jìn)展

董賢文.連續(xù)纖維增強(qiáng)聚酰胺6反應(yīng)注射真空袋壓成型的研究

宋緒丁.碳纖維樹脂基復(fù)合材料及成型工藝與應(yīng)用研究進(jìn)展

(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/月明)

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