制造復合材料部件的方法多種多樣。有些方法借鑒自其他行業（例如注塑成型借鑒自塑料行業），但許多方法是為了應對纖維增強聚合物在設計或制造過程中面臨的特定挑戰而開發的。因此，為特定部件選擇制造方法將取決于材料、部件設計以及最終用途或應用。

復合材料的制造工藝通常涉及某種形式的成型，以塑造樹脂和增強材料。在固化前和固化過程中，需要模具來賦予未成型的樹脂/纖維組合其形狀。

熱固性復合材料最基本的制造方法是手工鋪層，通常包括將稱為“層”的干織物或預浸料（預先浸漬樹脂的織物）手工放置在模具上，形成層壓板堆疊。鋪層完成后，將樹脂施加到干層上（例如通過樹脂灌注）。在一種稱為濕鋪層的變體中，每層放置后都會涂覆樹脂并進行脫泡（壓實）。雖然可以通過手工使用滾筒進行脫泡，但如今大多數制造商采用真空袋成型技術，該技術涉及在鋪層上放置塑料薄膜材料，將其在模具邊緣密封，添加一個或多個用于空氣軟管的接口，然后使用真空泵從薄膜與鋪層之間的空間中抽出空氣。脫泡不僅能壓實鋪層，還能去除樹脂基體中夾帶的空氣，否則這些空氣會在層壓板中形成不希望出現的空隙（氣泡），從而削弱復合材料的強度。

有多種固化方法可供選擇。最基礎的方法是讓樹脂（預先混合了催化劑或硬化劑）在室溫下自然固化。然而，也可以通過加熱（通常使用烤箱）和加壓（通常通過真空）來加速固化過程。對于后者，需將帶有透氣裝置的真空袋覆蓋在鋪層上并固定在模具上（與脫泡工藝類似），然后在固化開始前抽真空。這里的真空袋工藝進一步壓實了材料層，并顯著減少了基體在化學固化階段因排氣而產生的空隙。

2014年11月，環球機械制造公司（美國華盛頓州塔科馬）對其第二代RapidClave系統進行了試運行，這是一種混合式無熱壓罐成型工藝。該工藝成功在6分鐘的周期內成型了單向碳纖維/環氧預浸料（6-8層，0°/90°鋪層）部件，這在熱固性復合材料領域尚屬首次，也是汽車行業向量產預期邁出的巨大一步。

壓力。許多高性能熱固性零件在固化過程中需要加熱和高壓處理——這些條件要求使用熱壓罐。一般而言，熱壓罐的購置和運行成本都很高。配備熱壓罐的制造商通常會同時固化多個零件。計算機系統監測并控制熱壓罐的溫度、壓力、真空及惰性氣體環境，這使得固化過程可以實現無人值守和/或遠程監控，從而最大限度地提高該技術的使用效率。

加熱。當固化需要加熱時，零件溫度會以小幅度“逐步升高”，在樹脂體系規定的特定時間內保持在固化溫度，然后“逐步降低”至室溫，以避免因不均勻的膨脹和收縮導致零件變形或翹曲。當這一固化循環完成且部件脫模后，部分零件會進行二次自由態后固化，在此過程中，它們會在高于初始固化溫度的特定溫度下保持一段時間，以提高化學交聯密度。

替代固化方法。電子束(E-beam)固化作為一種高效的固化方法，已被用于薄層壓板的固化研究。在電子束固化過程中，復合材料層壓件會暴露在電子流中，這些電子流提供電離輻射，從而引發輻射敏感樹脂的聚合和交聯反應。X射線和微波固化技術的工作原理與此類似。第四種替代方法是紫外線(UV)固化，該方法利用紫外線輻射激活添加到熱固性樹脂中的光引發劑，光引發劑被激活后會引發交聯反應。紫外線固化需要使用透光樹脂和增強材料。

固化監測。一種新興技術是直接監測固化過程本身。介電固化監測儀通過測量離子的導電性來評估固化程度—離子是樹脂中固有的、微小的、帶電的、相對不重要的雜質。離子傾向于向極性相反的電極遷移，但遷移速度受到樹脂粘度的限制—粘度越高，遷移速度越慢。在固化過程中，隨著交聯反應的進行，樹脂粘度會增加。其他方法包括監測樹脂內的偶極子、監測交聯反應產生的微電壓、監測聚合物固化過程中的放熱反應，以及潛在地利用光纖技術進行紅外監測。

無熱壓罐(OOA)固化是高性能復合材料零領域一個引人注目的現象，正日益受到業界關注。熱壓罐系統的高成本和尺寸限制促使許多加工商，尤其是航空航天領域的加工商，尋求僅需在烘箱中通過加熱即可固化的OOA樹脂（與熱壓罐相比，烘箱的資本投入更低、運營成本也更低，尤其適用于大型零件），或室溫固化的樹脂。Cytec-氰特（現為Solvay-索爾維）推出了首款OOA樹脂，這是一種專為航空航天應用設計的環氧樹脂。 OOA模具環氧樹脂和膠粘劑也正陸續進入市場。

開放式成型

單面模具的開放式接觸成型是一種低成本、常見的玻璃纖維復合材料產品制造工藝。通常用于制造船體和甲板、房車部件、卡車駕駛室和擋泥板、SPA浴缸、浴缸、淋浴間以及其他相對較大、結構不復雜的形狀，開放式成型涉及手工鋪層或半自動替代工藝——噴射成型。

在開放式噴射成型應用中，首先需對模具進行脫模處理。如果使用膠衣，通常在施加脫模劑后將其噴涂到模具中。膠衣固化后，模具即可開始制造。在噴射成型過程中，催化劑樹脂（粘度為500-1,000 cps）和玻璃纖維通過切絲槍噴入模具，切絲槍將連續纖維切成短纖維，然后將短纖維直接吹入噴射的樹脂流中，使兩種材料同時施加。為了減少揮發性有機化合物（VOCs），活塞泵驅動的非霧化噴槍和流體沖擊式噴頭以低壓方式噴出較大液滴的膠衣，待膠衣固化后，再噴出樹脂。另一種選擇是輥涂浸漬機，它將樹脂泵入類似油漆滾筒的輥筒中。

在噴射成型工藝的最后階段，工人會用滾筒手工壓實層壓板。隨后可能會添加木材、泡沫或其他芯材，第二層噴射層會將芯材嵌入層壓板的表皮之間。然后對零件進行固化、冷卻并從通?？芍貜褪褂玫哪＞咧腥〕?。

手工鋪層和噴射成型方法常結合使用以減少人工。例如，首先可能在高應力區域放置織物；然后，使用噴槍噴射短切玻璃纖維和樹脂來構建其余的層壓板。在這兩種工藝中，層壓板層之間都可插入巴爾沙木或泡沫芯材。噴射成型的典型玻璃纖維體積含量為15%，手工鋪層為25%。

噴射成型工藝，曾是一種非常普遍的制造方法，如今已開始失寵。美國聯邦法規及歐盟類似規則已規定了對揮發性有機化合物（VOCs）和有害空氣污染物（HAPs-hazardous air pollutants）的工人接觸限值及環境排放限值。作為熱固性樹脂中最常用的稀釋單體，苯乙烯同時被列入這兩類物質清單。由于在噴射成型工藝中控制苯乙烯的工人接觸及排放既困難又昂貴，許多復合材料制造商已轉向閉模灌注工藝，這種工藝能更好地控制和管理苯乙烯。

盡管通過手工鋪層的開放式成型正在被更快、技術更精確的方法所取代（如下文所述），但它在受損部件的修復中仍被廣泛使用，包括由其他常用材料（如鋼和混凝土）制成的部件。

樹脂灌注工藝

對更快生產速度的日益增長的需求促使行業用替代制造工藝取代手工鋪層，并鼓勵制造商盡可能實現這些工藝的自動化。

一種常見的替代方法是樹脂傳遞模塑(RTM-resin transfer molding)，有時也被稱為液體模塑。RTM是一種相對簡單的工藝：首先使用由金屬或復合材料制成的兩半匹配閉合模具。將干增強材料（通常是預成型件）放入模具中，然后閉合模具。樹脂和催化劑在分配設備中計量并混合，隨后通過注射口在低至中等壓力下泵入模具，沿著預成型件中預先設計的路徑流動。在RTM應用中，尤其是對于厚壁零件，通常使用極低粘度的樹脂，以確保在固化開始前樹脂能快速且充分地滲透預成型件。根據特定應用的需要，模具和樹脂均可進行預熱。

RTM(樹脂傳遞模塑)無需使用熱壓罐即可生產高質量部零件。然而，當部件固化并脫模后，若用于高溫應用，通常需要進行后固化處理。

大多數RTM應用采用雙組分環氧樹脂配方。這兩組分在注入前混合。雙馬來酰亞胺和聚酰亞胺樹脂也提供RTM配方。

Light RTM是一種日益普及的RTM變體。在 Light RTM 中，較低的注射壓力配合真空環境，使得可以使用成本更低、重量更輕的兩半式模具，或非常輕便的柔性上模。

RTM工藝的優勢令人印象深刻。通常，RTM所使用的干態預成型件和樹脂比預浸料材料成本更低，且可在室溫下儲存。該工藝能夠生產出接近凈成形的厚壁部零件，從而省去了大部分后續加工工序。此外，它還能制造出尺寸精確、表面細節豐富的復雜零件。與通常只能生產出具有A面（成品面）和B面（非成品面）的曲面但平面零件的開放式成型技術不同，RTM工藝能夠在復雜三維零件的所有外露表面上實現所需的美觀表面效果。在模具閉合前，也可以將嵌件放入預成型件中，使RTM工藝能夠容納芯材，并將“模內成型”的接頭和其他硬件集成到零件結構中。此外，RTM零件的孔隙率較低，通?！?%。最后，RTM顯著縮短了周期時間，并可適應作為自動化、可重復制造工藝中的一個階段，以實現更高的效率，將周期時間從手工鋪層通常需要的數天縮短至數小時—甚至數分鐘。

RTM工藝的一種最新變體——高壓RTM(HP-RTM)

正因其在快速生產汽車零部件方面的潛力而備受關注。HP-RTM通常被設計成一個完全自動化的系統，包含模具穿梭裝置。其利用快速固化樹脂快速填充裝有預成型件的模具的能力，展現出高產量生產的前景。HP-RTM仍包含纖維預成型件、閉合模具、壓機和樹脂注射系統，但后者的樹脂注射系統現在是一種沖擊混合頭，類似于20世紀60年代首次為聚氨酯(PU)泡沫應用開發的那種。事實上，聚氨酯(PU)和反應注射成型(RIM，見下一項)工藝的計量/混合/注射設備供應商是HP-RTM的早期開發者，其中包括KraussMaffei Technologies GmbH(德國慕尼黑)、Hennecke Inc.(德國圣奧古斯丁)、Frimo Inc.(德國洛特)以及Cannon USA Inc.和Cannon SpA(美國賓夕法尼亞州克蘭貝里鎮和意大利博羅梅奧)。

大批量模制復雜零件：樹脂傳遞模塑(RTM)的一種變體——高壓樹脂傳遞模塑(HP-RTM)，已應用于大型集成碳纖維增強塑料(CFRP)汽車零部件的批量生產，例如這款寶馬（德國沃爾夫斯堡）i8跑車的側框架

與RTM不同，RTM是在高壓下將樹脂和催化劑預先混合后注入模具，而反應注射模塑(RIM- reaction injection molding)則是將快速固化樹脂和催化劑通過兩條獨立的流道注入模具?；旌霞半S后的化學反應發生在模具內，而非在分配頭內。汽車行業的供應商已將結構反應注射模塑(SRIM-structural RIM)與快速預成型方法相結合，用于制造無需A級表面處理的結構件。可編程機器人已成為將短切玻璃纖維與粘合劑混合物噴涂到配備真空的預成型篩網或模具上的常用手段。機器人噴涂工藝可定向控制纖維取向。相關技術—干纖維鋪放，將縫合預成型件與樹脂傳遞模塑(RTM)相結合。纖維體積含量最高可達68%，自動化控制確保低孔隙率和預成型件的一致性，無需修邊。

真空輔助樹脂傳遞模塑(VARTM- Vacuum-assisted resin transfer molding)是指一系列相關的工藝，代表了一種發展最快的模塑技術。VARTM型工藝與RTM的主要區別在于，VARTM僅通過真空將樹脂吸入預成型體，而非在壓力下泵入樹脂。VARTM不需要高溫或高壓。因此，VARTM采用低成本模具，能夠以低成本一次性生產大型、復雜的零件。

真空灌注在造船業得到了廣泛應用，因為它允許制造商一次性灌注整個船體、甲板結構和平面輪廓零件。但航空航天結構，另一類通常也是大型零件，也正在采用真空灌注工藝進行開發。

在VARTM工藝中，纖維增強材料被放置在單面模具中，頂部覆蓋一層覆蓋物（通常是塑料真空袋膜），以形成真空密封。樹脂通常通過戰略性布置的進料口和進料管進入結構，這些進料口和進料管被稱為“流道”。樹脂通過一系列設計好的通道被真空吸入增強材料中，從而實現纖維的浸潤。成品零件的纖維含量可高達70%。目前的應用領域包括船舶、地面交通和基礎設施部件。

樹脂灌注在造船業中得到了廣泛應用，因為它允許制造商一次性灌注整個船體、甲板結構和平面輪廓零件。但航空航天結構，另一類通常也是大型零件的群體，也正在采用VARTM工藝進行開發。

樹脂灌注工藝的一種變體是使用兩個袋子，稱為雙袋灌注，該工藝使用一個真空泵連接到內袋以抽出揮發物和夾雜的空氣，另一個真空泵連接到外袋以壓實層壓板。波音公司(美國伊利諾伊州芝加哥)和美國國家航空航天局(NASA)以及小型制造企業均采用了這種方法，在無需熱壓罐的情況下生產出航空航天級層壓板。 航空航天級質量也在俄羅斯原始設備制造商伊爾庫特(Irkut)和制造商Aerocomposit(兩者均位于莫斯科)為MS-21單通道噴氣式客機開發的無熱壓罐(OOA)碳纖維增強復合材料(CFRP)機翼中得以實現。關鍵一步是FACC AG(奧地利里德因因克賴斯)憑借其專有的膜輔助樹脂灌注(MARI)工藝開發出整體碳纖維增強復合材料機翼盒體，該工藝使用半透膜，能夠實現一致且穩健的工藝，提供100%的浸漬率(無干斑或空隙)。OOA灌注技術也已應用于NASA太空發射系統(SLS- Space Launch System)計劃的大型工裝和結構件，所用樹脂包括環氧樹脂和雙馬來酰亞胺(BMI)樹脂，而采用苯并噁嗪樹脂的類似工作也在快速推進。

樹脂膜灌注(RFI- Resin film infusion)是一種混合工藝，其中干態預成型體被放置在模具中樹脂膜層的上方，或與多層樹脂膜層交替疊放。在施加的熱量、真空和壓力作用下，樹脂液化并被吸入預成型體，從而實現樹脂的均勻分布，即使使用高粘度、韌性樹脂，也能實現這一點，因為流動距離較短。

大批量成型方法

壓縮模塑(Compression molding)是一種大批量熱固性模塑工藝，采用昂貴但非常耐用的金屬模具。當生產數量超過10,000件時，這是一種合適的選擇。使用片狀模塑料(SMC- sheet molding compound)—一種由兩層厚樹脂糊夾住短切玻璃纖維制成的復合板材材料—一套鍛造鋼模具可生產多達200,000件零件。為了形成板材，樹脂糊從計量裝置轉移到移動的薄膜載體上。切碎的玻璃纖維掉落在糊狀物上，第二層薄膜載體在玻璃上又覆蓋了一層樹脂。滾筒將板材壓實，使玻璃纖維充分浸潤樹脂并擠出夾雜的空氣。樹脂糊最初具有糖漿般的稠度（20,000-40,000厘泊）；在接下來的三到五天里，其粘度會增加，板材變得像皮革一樣(約2500萬厘泊)，非常適合進行處理。

當SMC準備好進行模塑時，會被切割成零件展開圖形切割，并按照料坯圖案（鋪層順序）在加熱模具（121°C至262°C）上進行組裝。模具閉合并夾緊，施加24.5至172.4巴的壓力。隨著材料粘度降低，SMC流動以填充模具型腔。固化后，零件通過人工或內置頂出銷脫模。

一種典型的低輪廓（收縮率低于0.05%）SMC配方，用于A級表面，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的固化時間為30-150秒，整體循環時間可低至60秒。其他等級的SMC包括低密度、柔性及著色配方。目前市場上的低壓SMC配方使開放式模塑商能夠以較低的資本投入進入閉模加工領域，同時實現近乎零VOC排放，并具備獲得極高表面質量的潛力。

汽車制造商正在探索碳纖維增強片狀模塑料(SMC)，希望在外車身板件和其他部件上利用碳纖維高強度、高剛度的重量比優勢。新型增韌SMC配方有助于防止微裂紋現象—該問題曾導致噴漆過程中出現"爆漆"(表面凹坑，由烘烤固化時微裂紋中殘留氣體釋放導致的排氣現象引起)。

工業市場的復合材料制造商正自主配制樹脂并內部加工SMC（片狀模塑料），以滿足特定應用中對紫外線、耐沖擊和防潮性能的需求，同時表面質量的高要求也推動了定制化材料研發的必要性。

注塑成型是一種快速、大批量、低壓、封閉式工藝，最常使用的是填充型熱塑性塑料，例如添加了短切玻璃纖維的尼龍。然而，在過去20年里，BMC的自動化注塑成型已搶占了部分原本由熱塑性塑料和金屬鑄造制造商占據的市場。例如，首款基于BMC的電子節氣門控制(ETC- electronic throttle control)閥門(此前僅采用壓鑄鋁制造)首次搭載于寶馬Mini和標致207的發動機上，該閥門利用了由TetraDUR GmbH(德國漢堡)提供的特制BMC帶來的尺寸穩定性，該公司是Bulk Molding Compounds Inc.(BMCI，美國伊利諾伊州西芝加哥)的子公司。

在BMC注塑成型過程中，柱塞式或螺桿式推桿將計量好的物料通過加熱的料筒(在34.47-82.74 MPa的壓力下)注入閉合的加熱模具中。在模具內，液化的BMC會輕松地沿流道流入閉合的模具中。固化并頂出后，零件只需進行少量的精加工。注塑速度通常為1至5秒，某些多腔模具每小時可生產多達2000個小零件。

具有厚截面的零件可以使用BMC進行壓縮模塑或傳遞模塑。傳遞模塑是一種閉模工藝，其中將一定量的BMC放入帶有通往模具型腔流道的料筒中。活塞將材料壓入型腔，在熱和壓力下使產品固化。

混合注塑/熱成型是汽車行業通過混合塑料和復合材料工藝追求短模周期(<2分鐘)任務的一個例子。SpriForm——由HBW-Gubesch熱成型公司(德國Wilhelmsdorf)開發并在由江森自控(JCI，德國Burscheid)主導的CAMISMA汽車座椅靠背項目中使用的一種工藝—對由碳纖維(CF)增強聚酰胺12(PA12)有機片材制成的定制坯料進行預熱，在匹配的金屬模具和工具中進行壓縮成型，然后注射成型一種30%短切玻璃纖維增強PA12復合材料，填充模具型腔，從而形成完全包覆的邊緣以及肋條和其他功能部件。該工藝利用兩臺機器人即可輕松實現自動化，與鋼制座椅靠背相比，可實現40-50%的減重，且每減重1公斤的增量成本不足5美元。盡管連續碳纖維/PA12膠帶提供了定制化的剛度和強度，但成本較低的注塑成型材料占到了座椅靠背質量的一半。該一步成型工藝耗時約90秒，可生產出無需二次加工的幾何細節豐富的部件。有機板材預成型件的基底層是由回收碳纖維(RCF- recycled carbon fiber)制成的PA12浸漬氈，這也是降低部件成本和碳足跡的一種方式。

纖維纏繞(Filament winding)是一種高度自動化且可重復的連續制造方法，材料成本相對較低。一個稱為芯模的長圓柱形工具水平懸掛在兩端支撐之間，同時"頭部"——纖維施加裝置——沿著旋轉芯模的長度來回移動，以預定配置將纖維鋪放到工具上?，F有計算機控制的纖維纏繞機，配備2至12個運動軸。

在大多數熱固性應用中，纖維纏繞設備使纖維材料在接觸芯模前先通過樹脂"浴槽"。這被稱為濕法纏繞。但有一種變體使用預浸料，即預先浸漬樹脂的連續纖維。這消除了現場樹脂浴槽的需求。在稍有不同的工藝中，纖維無需樹脂即可纏繞(干法纏繞)。然后將干燥形狀用作另一種成型工藝(如RTM)中的預成型體。

經過烘箱或熱壓罐固化后，芯軸要么保留在原位成為卷繞部件的一部分，要么通常會被移除。整體式圓柱形或錐形芯軸通常形狀簡單，可使用芯軸拔出設備將其從部件中拉出。部分芯軸，尤其是用于更復雜部件的芯軸，由可溶性材料制成，可通過溶解并沖洗的方式從部件中取出。還有一些芯軸是可折疊的，或由多個零件組成，便于拆解后分塊取出。纖維纏繞制造商通常會對市售樹脂進行“微調”或稍作修改，以滿足特定的應用需求。部分復合材料部件制造商還會自行研發樹脂配方。

在熱塑性纖維纏繞工藝中，所有材料均以預浸料形式存在，因此無需樹脂浴。材料在纏繞到芯模上時進行加熱——這一過程被稱為“在線固化”或原位固化。預浸料在單一連續操作中完成加熱、鋪放、壓實、固化和冷卻。熱塑性預浸料消除了熱壓罐固化（降低了成本并突破了尺寸限制），降低了原材料成本，且由此制成的零件可重新加工以修正缺陷。(編譯者注：原文用curing-固化。對于熱塑此處應該用consolidation-固結)

纖維纏繞工藝能制造出具有卓越圓周或"環向"強度的零件。該工藝應用最廣泛的單一產品是高爾夫球桿桿身，其余主要業務還包括釣魚竿、管道、壓力容器和其他圓柱形零件。

拉擠(Pultrusion)成型工藝與RTM類似，數十年來一直與玻璃纖維和聚酯樹脂配合使用，但近10年來該工藝在先進復合材料領域也獲得了應用。這種相對簡單、低成本的連續工藝過程中，增強纖維（通常為粗紗、絲束或連續氈）被牽引通過加熱樹脂槽，然后在經過一個或多個成型導向裝置或襯套時形成特定形狀。材料隨后通過加熱模具，在此定型并固化。在下游進一步冷卻后，成型的型材會被切割成所需的長度。拉擠成型工藝能生產出表面光滑的成品部件，通常無需后續加工。該工藝可生產出多種連續、一致的實心和空心型材，并可根據具體應用進行定制。

卷管(Tube rolling)成型是一種歷史悠久的復合材料制造工藝，可用于生產有限長度的管材和棒材。它特別適用于生產直徑較小的圓柱形或錐形管材，長度可達6.2米。直徑達152毫米的管材可高效卷制。通常會根據零件需求，使用粘性預浸料織物或單向帶。材料會預先按設計好的圖案裁剪，以實現應用所需的鋪層順序和纖維結構。將裁片平鋪在平面上，然后在施加壓力的情況下用芯模在每片裁片上滾動，從而壓實并去除材料中的多余體積。當滾動錐形芯模時——例如用于魚竿或高爾夫球桿桿身—只有第一排縱向纖維會落在真正的0°軸上。因此，為了賦予管材彎曲強度，必須通過定期重新定位裁片來持續調整纖維的方向。

自動鋪絲(AFP- Automated fiber placement)。纖維鋪放工藝利用數控、多關節機器人鋪放頭，以高速將多根獨立的預浸料絲束自動鋪放在芯模上，可同時進行多達32根絲束的分配、夾持、切割和重新啟動。最小切割長度（機器能鋪放的最短絲束長度）是決定鋪層形狀的關鍵因素。纖維鋪放頭可安裝在五軸龍門架上，也可改裝到纖維纏繞機上，或作為交鑰匙定制系統交付。市場上有配備雙芯模工位的機器，可提高生產效率。纖維鋪放的優勢包括加工速度快、材料廢料和人工成本降低、零件整合以及零件間的一致性提高。該工藝常用于生產具有復雜形狀的大型熱固性零件。

自動鋪帶(ATL- Automated tape laying)是一種更快速的自動化工藝，它通過連續鋪設預浸帶而非單絲束來成型零件。該工藝常用于具有高度復雜輪廓或角度的零件。鋪帶工藝具有高度的靈活性，允許工藝中斷和方向輕松改變，并且可以適應熱固性和熱塑性材料。其頭部包含帶卷、卷繞裝置、卷繞導軌、壓實鞋、位置傳感器以及帶材切割器或分切器。無論哪種情況，頭部都可能安裝在多軸關節機器人的末端，該機器人圍繞正在鋪設材料的模具或芯模移動；或者頭部可能安裝在懸掛在模具上方的龍門架上?；蛘撸＞呋蛐灸？梢砸苿踊蛐D，以便頭部能夠接觸到模具的不同部位。帶材或纖維以“道-courses”的形式鋪設到模具上，“道-courses”由任意長度和任意角度的一行材料組成。多道工序通常會同時應用于某個區域或圖案，并由機器控制軟件定義和控制，該軟件通過零件設計和分析得出的數值輸入進行編程。計算機驅動的自動化設備的資本支出可能相當可觀。

盡管ATL通常比AFP更快，且能在更長距離上鋪設更多材料，但AFP更適合短距離鋪設，并能在曲面結構上更有效地鋪設材料。這些技術源自機床行業，在即將推出的波音787“夢想客機”和空客A350 XWB的機身、機翼蒙皮、機翼翼盒、尾翼及其他結構的制造中得到了廣泛應用。ATL和AFP也被廣泛用于生產F-35“閃電II”戰斗機、V-22“魚鷹”傾轉旋翼運輸機以及各種其他飛機的零部件。最新的裝備趨勢是同時支持AFP和ATL，通過更換可對接的頭部組件，能在幾分鐘內實現兩者之間的切換。另一個發展方向是利用高性能熱塑性材料，追求無需熱壓罐(OOA)的主承力CFRP飛機結構。空中客車(法國圖盧茲)正與FIDAMC(西班牙馬德里，由MTorres（西班牙納瓦拉)支持)以及Technocampus EMC2（法國南特，由Coriolis Composites SAS(法國奎文)支持)合作，開發通過自動化設備進行激光鋪放和原位固化的加筋機身蒙皮壁板。FIDAMC和MTorres在2014年JEC展會上宣布，其碳纖維/聚醚醚酮(PEEK)機身壁板實現了35-40%的基體結晶度，且固結度(DOC- degree of consolidation)已足夠高，無需后續的熱處理、真空袋或熱壓罐加工。實時溫度控制正被整合到設備中。材料由Cytec(氰特)Aerospace Materials HQ(美國新澤西州伍德蘭公園)和Toho(帝人)Tenax Europe GmbH(德國伍珀塔爾)提供。

直徑25毫米至356毫米的管道離心鑄造(Centrifugal casting of pipe)工藝是替代纖維纏繞法制造高性能耐腐蝕管材的另一種選擇。在鑄造管道中，0°/90°編織玻璃纖維同時為整個管壁提供縱向和周向強度，與多軸向玻璃纖維纏繞管相比，同等壁厚下能帶來更高強度。鑄造過程中，環氧樹脂或乙烯基酯樹脂被注入以150G離心旋轉的模具，滲透包裹在模具內表面的編織纖維層。離心力推動樹脂穿過纖維層，在管道外表面形成光滑光潔度，同時泵入模具的過量樹脂會形成富含樹脂的耐腐蝕耐磨損內襯層。

如今，纖維增強熱塑性零件也可以通過擠出工藝生產。突破性的材料和工藝技術已開發成功，利用長纖維玻璃增強熱塑性(ABS、PVC或聚丙烯)復合材料，生產出型材，為辦公家具、家電、半掛車和體育用品中使用的木材、金屬及注塑塑料部件提供了一種堅韌且低成本的替代方案。過去十年間，擠出熱塑性塑料/木粉(或其他添加劑，如韌皮纖維或粉煤灰)復合材料的巨大市場已悄然興起。這些木塑復合材料，或稱WPCs- wood plastic composites，被用于模擬木制甲板、壁板、門窗框和圍欄。

增材制造

也被稱為3D打印，這種更近期的復合材料部件生產形式源于降低產品開發中設計到原型階段成本的努力，特別是針對耗材、耗工且耗時的模具制造領域。增材制造是20多年前引入的快速原型概念發展中的一個飛躍——這是一系列相似但獨立開發的增材制造技術的集合—即通過一系列名義上的二維橫截面層的專用材料，自動組裝出三維(3D)物體的過程。

所有增材制造技術均始于計算機輔助設計(CAD)圖紙。實體模型CAD數據通過專用軟件轉換為一種文件格式，該格式將三維表面表示為平面三角形的集合。隨后，使用額外的、通常是專有的軟件將這一虛擬圖像“切片”為極薄的二維橫截面圖案。這些層數據用于指導增材制造設備，通過“堆疊”二維切片來構建三維實體模型。

如今，有五種增材制造方法正在使用：

立體光刻(SLA- Stereolithography)于1986年獲得專利，是第一種完全商業化的快速原型技術，至今仍是最廣泛使用的技術。在SLA工藝中，零件模型是在一個平臺上構建的，該平臺位于裝有液態光固化聚合物(通常是環氧樹脂或丙烯酸樹脂)的容器表面下方。一臺低功率紫外線(UV)激光器，根據預先創建的CAD切片數據進行編程，使用其高度聚焦的紫外光束描繪出零件的第一層，掃描并固化切片輪廓邊界內的樹脂，直到整個切片橫截面區域都固化成固體。然后，升降機將平臺逐步降低到液態聚合物中，深度等于切片厚度，刮刀在固化的層上重新涂覆液態聚合物。激光隨后在第一層上方描繪出第二層。該過程會重復進行，直至零件完成。根據零件的幾何形狀，在構建過程中可能需要在零件內部構建機械支撐結構以容納液體。零件從料槽中取出后，需移除支撐結構，然后將其放入紫外線烤箱中進行進一步固化。

熔融沉積建模(FDM- Fused Deposition Modeling)是最廣泛使用的增材制造(AM- Additive manufacturing)工藝之一。FDM使用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來構建零件。當零件耐用性至關重要時，通常會選擇FDM。

FDM通過逐層構建來制造三維物體。塑料絲從線軸上解繞，為加熱的擠出噴嘴提供材料，噴嘴控制材料的流動。噴嘴安裝在機械平臺上，可以進行水平和/或垂直移動。噴嘴在平臺上移動，平臺上涂有支撐材料，噴嘴沉積出一條細薄的擠出塑料。對于ABS，該層的厚度通常為0.25毫米/0.010英寸，這大致定義了FDM零件可以保持的公差。連續擠出的層與前一層粘合，隨后立即硬化。整個系統位于一個溫度略低于塑料熔點的腔室中。零件從腔室取出后無需進行后處理。

激光燒結(LS- Laser Sintering)技術由位于美國得克薩斯州奧斯汀的DTM公司于20世紀80年代末開發。該技術于2001年被3D Systems公司收購。與立體光刻技術類似，3D的選擇性激光燒結(SLS- Selective Laser Sintering)工藝利用CO2激光的熱量，以粉末而非液態形式處理多種材料，包括尼龍以及玻璃纖維或碳纖維增強尼龍。在一個約相當于印刷店復印機大小的封閉裝置中，CO激光器和鏡面反射系統安裝在構建平臺或基座上方，該平臺或基座用于支撐零件。一個滾筒在基座表面鋪上一層薄薄的粉末材料，然后鏡面系統將激光束導向粉末層。當光束在材料上來回掃描時，激光會開關，選擇性地燒結粉末（將粉末顆粒加熱至熔融或融合溫度），形成與轉換后的CAD文件中截面切片大小和形狀完全相同的圖案。隨后，基座下降一層的厚度，另一層粉末被滾壓在冷卻并已固化的第一層上，燒結過程重復進行，將第二層與第一層粘合。該過程以0.08毫米至0.15毫米(0.003英寸至0.006英寸)的厚度逐層重復，直至零件完成。

數字光處理(DLP- Digital Light Processing)技術由美國得克薩斯州奧斯汀的德州儀器公司開發，支持由EnvisionTEC(美國密歇根州費爾戴爾)開發的一系列計算機輔助建模設備(CAMOD- Computer Aided Modeling Devices)。這項技術與立體光刻平臺類似，均使用光固化樹脂，但據報道其處理速度更快(約每小時25毫米/1英寸)，采用連續加工工藝(而非逐層堆積)，具體涉及掩模投影技術，即通過將整個圖像投射到液態光聚合物浴中，而非使用點能量源掃描逐層施加的粉末或液態樹脂，或通過沉積材料層并施加熱量。此外，連續構建技術消除了基于分層的增材制造所特有的可見且可觸摸的階梯狀零件表面。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)構建空間內生產多個零件。據報道，成品零件具有與工程塑料(如ABS、高密度聚乙烯或聚丙烯)相同的性能。

3D打印是進入該市場的最新技術，于2007年底首次亮相，當時Objet Geometries(以色列雷霍沃特)推出了其Connex500 3D系統，該系統通過噴射連續的材料層來構建3D零件。該系統設計用于同時打印一種或兩種構建材料，基于Objet的PolyJet Matrix打印技術，這是大多數人熟悉的噴墨技術的高級版本。用于Connex的Objet Studio軟件管理整個過程，利用轉換后的CAD數據創建打印文件。

在運行過程中，系統將一種或兩種材料輸送至連接PolyJet Matrix區塊的專用液體系統，該區塊包含八個打印頭，每個打印頭包含96個噴嘴。每種材料都配有兩個完全同步的打印頭，其中包括一種易于移除的水溶性凝膠狀支撐材料。

這些工藝最初旨在并仍能幫助零部件設計師和工程師繞過原型模具的需求，使他們能在幾小時內制作出原型，以評估形狀和適配特性，且在某些情況下，這些原型可作為測試件使用，例如用于風洞測試以評估零部件的空氣動力學性能。然而，設計師們意識到，增材制造系統也具備生產最終零部件的潛力。

熔融沉積建模已成為纖維增強塑料零部件生產應用中最常用的方法。

安全與環境保護

制造商和原始設備制造商在生產及處理復合材料時，必須解決健康、安全與環境問題。他們維持安全工作場所的方法包括定期培訓、嚴格遵守詳細的處理程序、保持最新的毒性信息、使用防護裝備（手套、圍裙、除塵系統和呼吸器），以及制定全公司的監控政策。供應商和原始設備制造商正致力于通過重新配制樹脂和預浸料，并改用可分散于水的清潔劑，來減少高揮發性有機化合物(VOCs- volatile organic compounds)的排放。

美國環境保護署(EPA)繼續加強其要求，以滿足國會于1990年通過的《清潔空氣法修正案》的規定。具體而言，該機構的目標是減少有害空氣污染物(HAPs- hazardous air pollutants)的排放，這是一份包含約180種揮發性化學物質的清單，這些物質被認為存在健康風險。樹脂中使用的一些化合物以及在固化過程中釋放的化合物含有HAPs。2003年初，EPA針對復合材料行業頒布了專門法規，要求采用最大可實現控制技術(MACT- maximum achievable control technology)進行排放控制。這些法規于2006年初生效。

原文，《Materials & Processes: Fabrication methods》2022.6.18更新， 2016.3.23發布

楊超凡