為了提高原型制作和制造的效率，已經開發了幾種創新技術。其中，帶狀編織、徑向編織、定制纖維鋪放和纖維纏繞技術正在改變這個行業。

Murat Kurtlar，Mazyar Ahrari總經理，負責國際項目，batu Han alikan，負責原型生產和應用流程，Bursa技術協調和R&D中心(BUTEKOM)

復合材料已經改變了包括航空航天和汽車在內的眾多行業，與金屬和聚合物等傳統材料相比，復合材料具有無與倫比的強度、重量輕和設計靈活性。開發新的材料系統和先進的生產工藝是發展復合材料的必要條件。原型和制造技術必須是高效的、可擴展的和成本有效的，以滿足對高性能復合材料結構日益增長的需求，并且已經存在許多用于復合材料原型的創新技術，特別是帶狀編織、徑向編織、定制纖維放置和纖維纏繞技術。這些先進的制造技術正在革新復合材料的原型制作和生產及其在許多領域的應用。

圖Butekom的多尼爾織帶機

復合材料結構中帶編織的精度和靈活性

一種將當代復合纖維技術的優點與傳統編織相結合的制造復合材料的有前途的方法是帶式編織。這種方法包括將玻璃、碳纖維、芳綸或其他纖維制成的連續纖維帶編織成復雜的設計，可用于制造各種用途的復合材料預制件。帶織機(圖1)通常在兩個或更多正交方向交織連續纖維帶，通常為經紗和緯紗。用這種技術生產具有高度纖維排列和很少空隙含量的復雜結構是非常有利的。對縱向和橫向纖維排列的精確控制保證了最終復合材料部件的機械性能適合特定的承載需求。

就原型制作而言，磁帶編織具有多種優勢:

• 材料效率:與傳統的復合材料制造技術(如手糊或樹脂浸漬)相比，帶狀編織通過使用連續的熱塑性和熱固性纖維減少了材料浪費。
• 設計靈活性:生產復雜的幾何形狀和定制的纖維結構能夠創造出具有與實際環境非常相似的特征的原型。
• 一致性和可重復性:制造商可以利用自動化帶編織系統制造出可靠且可重復的原型產品，這是擴大全面生產的重要前提。

膠帶編織的主要缺點是管理膠帶材料和復雜的機器設置。另一個持續的困難是最大化纖維結構，以最小化制造缺陷并獲得所需的機械質量。

Butekom的Herzog徑向編織機

用徑向編織增強結構性能

當制造需要在幾個維度上堅固的復合材料時，徑向編織(圖2)是一種流行的技術。編織是一種技術，其中線在三維結構中同時交織，與傳統編織相反，傳統編織包括在兩個主要方向交織纖維。

這種技術特別適用于航空航天和汽車等多向強度至關重要的行業。徑向編織過程包括將纖維束圍繞旋轉心軸以一定模式排列，以產生編織的三維結構。除了復雜的復合材料殼體，這種工藝通常用于制造管道、壓力容器和其他管狀結構。

原型徑向編織具有以下優點:

• 均勻性:由編織技術保證的纖維的均勻分布可以產生優異的機械性能，例如抗壓、抗沖擊和抗疲勞。
• 多向強度:徑向編織非常適合承受復雜載荷環境的零件，因為它可以生產出在多個方向上都具有強度的復合材料。
• 可擴展性:徑向編織很容易擴展，很像帶狀編織，因此原型件可以無縫地轉移到更大的生產運行。

在原型制作中使用徑向編織的主要缺點是編織工具的復雜性，這可能是昂貴的并且需要高水平的技能。部件設計的通用性也可能受到心軸使用的限制，特別是對于復雜形狀或非管狀幾何形狀。

圖3:布特科姆的ZSK TFP機器

具有TFP的獨特設計的準確性和適應性

定制纖維鋪放(TFP)(圖3)最初是為紡織應用而設計的，目前在復合材料的開發中越來越受歡迎。這種方法使用多針高速TFP機器將連續纖維精確地施加到基底上。該工藝通過以預定圖案“縫合”纖維絲，在復合材料中產生獨特的增強結構。TFP對于在復合預成型件中產生高度局部化的增強物特別有用。這種能力使生產商能夠根據不同部件的獨特機械需求，調整纖維分布，從而提高強度重量比和材料效率。

TFP對于復合原型有幾個好處，包括:

• 精確鋪放:TFP技術所提供的對纖維鋪放的高度控制對于制造具有特定質量的部件是至關重要的。
• 可定制性:多種纖維類型和配置可用于TFP機器，提供了極大的設計多樣性。
• 復雜的幾何形狀:與傳統的編織和紡織相比，TFP可以用來制作精細的、高度個性化的圖案，否則使用其他技術會很昂貴或很難做到。

然而，TFP也有其獨特的困難。與其他技術(如帶編織或纖維纏繞)相比，該工藝仍在為大規模復合材料制造而發展，其在大批量應用中的應用不太常見。此外，成品復合材料的性能可能會受到纖維完整性或樹脂相容性問題的影響，這些問題是由于將纖維嵌入紡織品基材中而產生的。

圖4:位于Butekom的Fibermak復合材料纖維纏繞機

通過纖維纏繞以有效和可擴展的方式

生產復合部件

生產高強度復合材料零件最流行的技術之一是纖維纏繞(圖4)，特別是對于球形和圓柱形幾何形狀，如管道、儲罐和壓力容器。這種方法需要將連續纖維——通常是玻璃纖維或碳纖維——纏繞在旋轉心軸上，然后在線或通過浸漬施加樹脂。高度定制以滿足某些承載和性能要求的復合預成型件可以使用纖維纏繞技術來制造。纖維取向的精心管理和樹脂的均勻分散保證了優異、一致的結構。為了最大限度地提高機械質量，先進的纖維纏繞機可以生產具有不同纖維角度和堆疊順序的部件。

原型機中纖維纏繞的優點包括:

• 高強度重量比:這種方法制造的復合材料部件具有優異的強度重量比，非常適合高要求的應用。
• 成本效益:與其他復合材料制造技術相比，纖維纏繞法生產中等數量的原型件相對便宜。
• 可擴展性:從原型到大規模生產的轉變可以很順利，因為用于開發的相同設備可以按比例放大用于全面生產。

然而，纖維纏繞不太適合復雜的幾何形狀，通常最適合旋轉對稱的元件。此外，由于設計約束，使用心軸會限制制造復雜的非圓柱形形狀的能力。

實現復合材料原型的先進技術

隨著工業繼續尋求更復雜和高性能的復合材料，先進生產技術的使用將大大有助于原型開發，包括帶編織、徑向編織、TFP和纖維纏繞。制造商能夠為各種應用開發定制的解決方案，這得益于每種技術提供的獨特優勢，從提高材料效率到定制纖維布置和多向強度。盡管這些方法為原型制造提供了實質性的優勢，但是仍然存在一些問題，例如設備的復雜性、財務問題以及對精確纖維放置的要求。然而，隨著技術的發展和對新材料和技術的研究增加，這些程序可能會變得更加完善，從而在高性能復合材料的制造中實現更大的可擴展性、靈活性和效率?？傊@些尖端復合材料制造技術的結合為輕質、高強度材料的發展打開了大門。它們的進一步發展對于滿足可再生能源、汽車和航空航天等行業日益增長的需求至關重要。