復合材料成型技術的案例
樹脂膜滲漬法----新興的復合材料成型工藝
但現在已有跡象表明，這種方法已加入到復合材料成型技術的主流之中，它已在汽車、船舶、航空航天等領域獲得商業應用。
成型原理
RFI成型工藝明智而簡單。它基于如下設計理念：
如果把樹脂施加到干纖維鋪層或預制體的一側，然后使其滲透整個材料厚度到達另一側，那么，為了獲得快速而完全的浸透，樹脂通過纖維的路程就必須很短。工藝工程師們通過研究發現，如果采用樹脂薄膜為原料，加熱使其熔化，并使用真空或壓力助其滲透纖維，就可達到上述目的。于是就產生了 RFl工藝。
工藝過科簡介
把經過預先催化的樹脂膜片放入模具內，在其上面覆以干的增強材料。用密封定位的真空袋封閉模腔。然后用一烘箱加熱，熔化樹脂。樹脂在真空作用下滲透纖維層后固化。對疊得較厚的布層，可在于布層間插入附有分離統的半硬樹脂膜。這種方法還較靈活，不僅限于使用真空袋，還可使用壓力袋甚至對模。在要求較高纖維含量和固化度的場合，亦可使用熱壓罐代替供箱。
優點
RFI工藝與現有的成型技術相比具有顯著的優點。在樹脂傳遞模塑（RTM）或真空輔助樹脂傳遞模塑（VARTM）工藝中，液態樹脂通過推壓或抽吸方式通過模具內的纖維預制體，形成最終制件形狀。這些方法使樹脂經歷較長的有時甚至較復雜的路徑。為了保證前部樹脂均勻推進，不留孔隙或干區，需要仔細的工藝設計和細節考慮。廢品率可能較高（至少在初期如此）。這些方法需要使用對模，使制模費用增高。成型廠商必須配混樹脂，加入適量的固化劑和催化劑，用量須與纖維和模具類型相適。如果不能保持一致，則會導致產品質量不均。
RFI工藝克服了這些缺點。加熱和用真空（或壓力）幫助樹脂滲透連續的纖維預制體使得樹脂分布均勻，制品成型周期短。在無樹脂膜的另一側使用真空袋形成低壓，在不使用對模的槽況下就能獲得閉模系統的捕集排放物的效果。樹脂料以可控制的形式供給，其中已含有適量的固化劑和催化劑。
展開 看波音公司如何通過光固化的技術來制造復合材料產品？
南京航空航天大學的技術對當前熱塑性復合材料成型技術是一種突破，南京航空航天大學采用兩級旋轉腔體對纖維和樹脂的共混體進行攪拌和纏繞，適用于較大尺寸的纖維絲束，優化了打印頭對纖維原有狀態的適應性，在相同的打印速度下，提高了打印效率，改善了構件的表面質量；攪拌共混的作用下，纖維與樹脂間的浸潤充分，共混體中的纖維呈緊密螺旋纏繞狀，提高了增強體的承載能力，樹脂在纖維中各處分布均勻，改善了構件的層間和界面結合性能，提高了打印構件的力學性能；擠出頭的旋轉作用可使共混體在擠出后，纖維與樹脂的分布均勻，纖維體積含量高。
當前針對連續纖維增強的熱塑性復合材料成型FDM打印技術領域，活躍的企業和研究機構包括美國Mark Forged，日本大學、東京工業大學，西安交通大學等。3D打印隨著南京航空航天大學將這一技術水平推向新的高度，3D科學谷認為FDM技術用于連續纖維增強的熱塑性復合材料打印技術進一步走向工業級應用。
南京航空航天大學的突破性在于實現了較高力學性能連續纖維增強熱塑性基體復合材料構件的3D打印，且成型效率高，表面質量好，可適用于對性能要求較高的航空航天復雜構件的成型過程。
從金屬到高性能材料的轉換目前是航空航天市場的一個既定趨勢，3D科學谷認為復合塑料成為追求設計自由度、制造便利性和輕質以超越傳統鋁材的方案。
參考資料：US10112380B2_methods for additively manufacturing composite parts
來源：3D打印
展開 波音公司如何通過光固化3D打印技術來制造復合材料產品
南京航空航天大學還研發出連續纖維增強熱塑性樹脂基復合材料旋轉共混3D打印頭，其特征在于: 擠出頭連接于熔融腔也可繞中軸旋轉，且旋轉方向與熔融腔相反；熔融腔與擠出頭內側均有攪拌齒環，纖維束和熔融熱塑性樹脂受到兩級反向旋轉的螺旋齒環攪拌作用下均勻共混，且共混體以螺旋狀密實纏緊成圓柱絲束，樹脂沿纖維取向均勻分布；擠出頭擠出材料至成型區域并固化成纖維增強樹脂基復合材料。
南京航空航天大學的技術對當前熱塑性復合材料成型技術是一種突破，南京航空航天大學采用兩級旋轉腔體對纖維和樹脂的共混體進行攪拌和纏繞，適用于較大尺寸的纖維絲束，優化了打印頭對纖維原有狀態的適應性，在相同的打印速度下，提高了打印效率，改善了構件的表面質量；攪拌共混的作用下，纖維與樹脂間的浸潤充分，共混體中的纖維呈緊密螺旋纏繞狀，提高了增強體的承載能力，樹脂在纖維中各處分布均勻，改善了構件的層間和界面結合性能，提高了打印構件的力學性能；擠出頭的旋轉作用可使共混體在擠出后，纖維與樹脂的分布均勻，纖維體積含量高。
當前針對連續纖維增強的熱塑性復合材料成型FDM打印技術領域，活躍的企業和研究機構包括美國Mark Forged，日本大學、東京工業大學，西安交通大學等。3D打印隨著南京航空航天大學將這一技術水平推向新的高度，3D科學谷認為FDM技術用于連續纖維增強的熱塑性復合材料打印技術進一步走向工業級應用。https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/46027.html
南京航空航天大學的突破性在于實現了較高力學性能連續纖維增強熱塑性基體復合材料構件的3D打印，且成型效率高，表面質量好，可適用于對性能要求較高的航空航天復雜構件的成型過程。
展開 全面解讀高性能纖維與復合材料
2014年德國寶馬聯合SGL、BASF等產業鏈企業攻克碳纖維在汽車應用技術，并建立完整供應鏈體系，率先實現碳纖維在量產車型應用，開啟了碳纖維復合材料在制造業大規模應用的序幕。
美國、日本、法國、意大利、英國、中國、韓國等國家立即意識到一場制造業輕量化技術革命即將來臨，紛紛把輕量化碳纖維復合材料在制造業中的大規模應用作為制造業振興的核心競爭力，列入國家戰略發展計劃，迎來了工業用碳纖維的快速發展。
全球碳纖維復合材料的應用情況
全球工業用碳纖維復合材料技術不斷進步，產業發展迅猛；高性能纖維制造技術進步，規模擴大，成本降低；復合材料成型與裝備技術不斷進步，涌現一批快速成型新技術及其自動化量產裝備，為高性能纖維及其復合材料在制造業大規模應用奠定基礎。高性能纖維，特別是碳纖維、芳綸、高強聚乙烯纖維等，產業鏈技術不斷進步，規模不斷擴大，成本不斷降低，為在制造業規模應用，奠定了經濟可行性基礎。
碳纖維復合材料成型技術不斷進步，低成本化自動化量產技術與裝備不斷涌現，生產節拍可以高達1-3分鐘/件，而且還有很大進步潛力，為制造業規模應用，奠定了技術可行性基礎。2016年全球碳纖維復合材料產值200多億美元，預計到2020年將達到357億美元規模（預計2020年鋁合金1260億美元，滌綸364億美元）。
展開 
復合材料成型工藝技術方法
復合材料成型工藝是復合材料工業的發展基礎和條件。隨著復合材料應用領域的拓寬，復合材料工業得到迅速發展，老的成型工藝日臻完善，新的成型方法不斷涌現，目前聚合物基復合材料的成型方法已有20多種，并成功地用于工業生產。如：
（1）手糊成型工藝--濕法鋪層成型法；
（2）噴射成型工藝；
（3）樹脂傳遞模塑成型技術（RTM技術）；
（4）袋壓法（壓力袋法）成型；
（5）真空袋壓成型；
（6）熱壓罐成型技術；
（7）液壓釜法成型技術；
（8）熱膨脹模塑法成型技術；
（9）夾層結構成型技術；
（10）模壓料生產工藝；
（11）ZMC模壓料注射技術；
（12）模壓成型工藝；
（13）層合板生產技術；
（14）卷制管成型技術；
（15）纖維纏繞制品成型技術；
（16）連續制板生產工藝；
（17）澆鑄成型技術；
（18）拉擠成型工藝；
（19）連續纏繞制管工藝；
（20）編織復合材料制造技術；
（21）熱塑性片狀模塑料制造技術及冷模沖壓成型工藝；
（22）注射成型工藝；
（23）擠出成型工藝；
（24）離心澆鑄制管成型工藝；
（25）其它成型技術。
視所選用的樹脂基體材料的不同，上述方法分別適用于熱固性和熱塑性復合材料的生產，有些工藝兩者都適用。
復合材料制品成型工藝特點：與其它材料加工工藝相比，復合材料成型工藝具有如下特點：
（1）材料制造與制品成型同時完成
一般情況下，復合材料的生產過程，也就是制品的成型過程。材料的性能必須根據制品的使用要求進行設計，因此在選擇材料、設計配比、確定纖維鋪層和成型方法時，都必須滿足制品的物化性能、結構形狀和外觀質量要求等。
展開 LS-DYNA人工智能多尺度計算技術及其在注塑成型復合材料領域的應用
近年來，短纖維增強復合材料在汽車和電子等工業領域得到了廣泛應用。這類材料通常由注塑成型加工而成，因而產品內部的材料微觀結構（例如纖維方向及體積比）擁有非均勻分布的特點，并且其復雜的微觀結構導致了復合材料在宏觀尺度上表現出各向異性的非線性力學行為。因此，當對注塑成型的產品進行結構分析和性能預測時，傳統的數值方法與材料本構模型往往難以取得令人滿意的計算精度。
最近，LS-DYNA基于人工智能技術發展了一套嶄新的數據驅動多尺度計算技術，該技術集成了注塑成型過程模擬、材料多尺度力學建模、結構非線性有限元分析，以及基于物理的機器學習方法“深度材料網絡（DMN）”。DMN可以通過離線訓練學習隱藏在材料代表性體積單元（RVE）中的微尺度材料物理規律，經過訓練的DMN模型能夠準確地預測復合材料的非線性力學行為，并且其計算速度比傳統多尺度有限元模型快多個數量級。通過對不同纖維分布的微觀結構進行遷移學習，在通用非線性有限元分析軟件LS-DYNA內創建了一個可模擬預測各種短纖維增強復合材料的DMN數據庫。另外，借助前處理軟件LS-PrePost提供的映射功能，可以將模流分析軟件Moldex3D預測得到的纖維分布數據導入LS-DYNA，從而得到能夠對注塑成型復合材料結構進行高效非線性分析的多尺度有限元模型。
展開 LS-DYNA人工智能多尺度計算技術及其在注塑成型復合材料領域的應用
文章來源：第五屆LS-DYNA中國技術論壇，作者：Haoyan Wei博士，ANSYS, Inc.研發工程師
視頻鏈接：LS-DYNA人工智能多尺度計算技術及其在注塑成型復合材料領域的應用
技術校對：董驍， Ansys高級應用工程師；整理編輯：俞琴
復合材料成型用脫模劑都有哪些？
材料分類
成型、脫模方法
脫模劑體系
金屬
材料
液態金屬鑄造成型、固態金屬塑性成形
有機硅、無機涂料
有機高分子材料
塑料注塑成型、橡膠壓制成型、注塑成型
有機硅、表面活性劑
無機非金屬材料
玻璃、陶瓷澆筑成型、壓制成型、等靜壓成型、熱壓燒結成型
油脂
復合
材料
手糊成型、噴射成型樹脂注入（RTM）、模壓成型（GMT、SMC）、真空導流成型工藝
聚合物、蠟類
隨著工藝技術的發展，脫模劑的應用也愈加廣泛。以下是幾種典型的聚合物基復合材料（PMC）成型用脫模劑：
碳纖維復合材料脫模劑
碳纖維環氧樹脂復合材料，即以短切或者連續碳纖維作為增強相的（環氧樹脂）樹脂基復合材料。其應用市場細分大致如下：
風能（23%）
航空航天（20%）
體育用品（12%）
汽車（10%）
壓力容器（10%）
用于注塑塑料和其他短纖維應用的復合材料（8%）
建筑和基礎設施（8%）
其他細分市場（9%）
對于碳纖維環氧樹脂復合材料脫模劑，通常采用復合型的水性蠟乳液，其中包含石蠟乳液、聚乙烯蠟乳液、棕櫚蠟乳液或者溶劑型的蠟膏作為脫模劑使用。
展開 可視化射出成型技術探討循環再利用塑料材料成型特性──以聚丙烯材料為例
相信，透過可視化射出成型技術建立循環再利用塑料材料成型特性數據，對產業需求有正面助益。
結語
本研究透過不同回收次數之PP塑料進行射出成型特性、模穴壓力、黏度因子與拉伸強度等變化趨勢作為探討主軸，提供產業了解在不同回收次數下之塑料特性，以支持產業需求。
此外，循環再利用塑膠材料可能來自不同的回收場域，回收塑料本身會隨批次不同，而有不同的特性（如黏度、密度、成型特性等），造成業者在進行回收塑料射出成型加工時，產品質量與特性容易產生極大的差異性與挑戰。因此，在建構循環經濟及追求凈零碳排永續發展的趨勢下，運用感測組件建立實時感測技術讓成型信息可視化，預期可加速協助業者建立測試平臺與數據庫。
隨著智能化射出成型技術的發展，結合可視化信息，讓成型信息進一步透明化，實時掌握不同批次回收塑料之特性變異，進一步透過成型參數調整，得到質量均一之射出成型產品，實現射出成型數字智能制造的目的，增加其塑料回收料再利用之價值。■
此文章摘錄自ACMT- SmartMolding雜志-(2022/12月刊)
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展開 熱塑性復合材料成型工藝
為解決浸漬問題，熱塑性復合材料通常采用預浸漬的方式，將樹脂與纖維混合，制備成粒料，片材等半成品材料。再根據不同的工藝要求成型。
熱塑性復合材料原料及工藝過程
FRTP的原材料種類與纖維長度形態關系
FRTP粒料的制備方法
?增強粒料的制造要求：
① 玻璃纖維能均勻地分散于樹脂之中。
② 玻璃纖維與樹脂應盡可能包覆或粘結牢固。
③ 制造過程中應盡可能減少對玻璃纖維的機械損傷，盡可能減少對樹脂分子的降解。
?熱塑性增強塑料粒料的分類：
短纖維型（分散型增強粒料）：指玻璃纖維和高分子樹脂通過混煉，在此過程中玻璃纖維被折斷，以長度為O.25～O.5 mm的短玻璃纖維形式，均勻地分散于樹脂中，適宜于柱塞式注射成型機用(當然也可以用于螺桿式注射成型機)。
? 短纖維型增強粒料是為解決高熔融粘度樹脂的長纖維型粒料因纖維在樹脂中分散不好易引起制品性能和外觀不
理想而產生。
? 短纖維型粒料具有較好的成型加工性和表面平滑性，用柱塞式和螺桿式注射成型機均可成型。但纖維在造粒時磨損嚴重、長度短，制品強度不高；由于短纖維型粒料的加工流動性較好，適合于制造壁薄和形狀復雜的制品
短纖維增強熱塑性塑料粒料的制造方法
(1)短切纖維原絲單螺桿擠出法
工藝：將短切GF原絲與樹脂按設計比例加入到單螺桿擠出機中混合、塑化、擠出條料、冷卻后切粒。對于粒料樹脂，要重復2～3次才能均勻。對于粉末狀樹脂，則可一次性擠出造粒。
優點：纖維和樹脂混合均勻，能適應柱塞式注射機生產；
缺點：GF受損傷較嚴重，生產速度較低，勞動條件差，粉末樹脂和GF易飛揚。
纖維在造粒時磨損嚴重，長度短，制品強度不高；加工流動性好，適合于制造薄壁和形狀復雜的制品。
展開 何為復合材料閉模成型工藝？
所謂閉模成型工藝就是在陰、陽模閉合的情況下成型復合材料構件的工藝方法。SMC、BMC模壓、注射成型、RTM、VEC等等技術都屬閉模成型工藝。由于環境法的制定和對產品要求的提高使敞模成型復合材料日益受到限制，促使了閉模成型技術的應用，近年來尤其促進了RTM技術的革新和發展。
RTM是指低粘度樹脂在閉合模具中流動、浸潤增強材料并固化成形的一種工藝技術，屬于復合材料的液體成形或結構液體成形技術范疇。其具體方法是在設計好的模具中，預先放入經合理設計、剪裁或經機械化預成形的增強材料，模具需有周邊密封和緊固，并保證樹脂流動順暢；閉模后注入定量樹脂，待樹脂固化后即可脫模得到所期望產品。
這一工藝有著諸多優點，可使用多種纖維增強材料和樹脂體系，有極好的制品表面。適用于制造高質量復雜形狀的制品，且纖維含量高、成型過程中揮發成分少、環境污染少，生產自動化適應性強、投資少、生產效率高。因此，RTM工藝在汽車工業、航空航天、國防工業、機械設備、電子產品上得到了廣泛應用。決定RTM產品的首要因素就是模具，由于RTM模具一般采用陰陽模對合方法，因而想辦法提高陰陽模的表面質量和尺寸精度就成為決定產品質量的一個關鍵因素。
1）RTM，樹脂傳遞模塑。該技術源自聚氨酯技術，成型時關閉模具，向預制件中注入樹脂，玻纖含量低，約20-45%。
2）VARIT，真空輔助樹脂傳遞注塑。該技術利用真空把樹脂吸入預制件中，同時也可壓入樹脂，真空度約10-28英寸汞柱。
3）VARTM，真空輔助樹脂傳遞注塑。制品孔隙一般較少，玻纖含量可增高。
4）VRTM，真空樹脂傳遞模塑。
5）VIP，真空浸漬法。
6）VIMP，可變浸漬塑法。樹脂借助真空或自重移動，壓實浸漬。
7）TERTM，熱膨脹RTM。在預制件中插入世材，讓樹脂浸漬并對模具與成形品加熱。
展開 
何為復合材料閉模成型工藝？
所謂閉模成型工藝就是在陰、陽模閉合的情況下成型復合材料構件的工藝方法。SMC、BMC模壓、注射成型、RTM、VEC等等技術都屬閉模成型工藝。由于環境法的制定和對產品要求的提高使敞模成型復合材料日益受到限制，促使了閉模成型技術的應用，近年來尤其促進了RTM技術的革新和發展。
RTM是指低粘度樹脂在閉合模具中流動、浸潤增強材料并固化成形的一種工藝技術，屬于復合材料的液體成形或結構液體成形技術范疇。其具體方法是在設計好的模具中，預先放入經合理設計、剪裁或經機械化預成形的增強材料，模具需有周邊密封和緊固，并保證樹脂流動順暢；閉模后注入定量樹脂，待樹脂固化后即可脫模得到所期望產品。
這一工藝有著諸多優點，可使用多種纖維增強材料和樹脂體系，有極好的制品表面。適用于制造高質量復雜形狀的制品，且纖維含量高、成型過程中揮發成分少、環境污染少，生產自動化適應性強、投資少、生產效率高。因此，RTM工藝在汽車工業、航空航天、國防工業、機械設備、電子產品上得到了廣泛應用。決定RTM產品的首要因素就是模具，由于RTM模具一般采用陰陽模對合方法，因而想辦法提高陰陽模的表面質量和尺寸精度就成為決定產品質量的一個關鍵因素。
1）RTM，樹脂傳遞模塑。該技術源自聚氨酯技術，成型時關閉模具，向預制件中注入樹脂，玻纖含量低，約20-45%。
2）VARIT，真空輔助樹脂傳遞注塑。該技術利用真空把樹脂吸入預制件中，同時也可壓入樹脂，真空度約10-28英寸汞柱。
3）VARTM，真空輔助樹脂傳遞注塑。制品孔隙一般較少，玻纖含量可增高。
4）VRTM，真空樹脂傳遞模塑。
5）VIP，真空浸漬法。
6）VIMP，可變浸漬塑法。樹脂借助真空或自重移動，壓實浸漬。
7）TERTM，熱膨脹RTM。在預制件中插入世材，讓樹脂浸漬并對模具與成形品加熱。
展開 設計仿真 | Digimat在電池殼體SMC復合材料成型工藝中的應用
#01「 SMC 工藝介紹及挑戰 」
SMC（Sheet Molding Compound的縮寫，即片狀模塑料）是一種復合材料制造工藝。該工藝可以有效地代替金屬，實現車輛輕量化目標。該工藝不僅能夠顯著降低車身重量，而且設計靈活，操作簡單、易于實現自動化、可成型表面光滑結構復雜的制品等。近年來可以看到越來越多的電車企業，選擇SMC作為制備電池殼體的首選工藝。其成型方法是將纖維短切，鋪設在樹脂和添加劑混合所形成的樹脂漿料上，之后在表面進行樹脂疊加，三者通過加壓固化的方式改變材料厚度，最后包裝。
在得到SMC工藝制備的片狀卷材后，會對材料進行進一步加工，通常稱為CF-SMC模壓成型工藝，將連續碳纖維和短切纖維通過不同形式的混雜加工從而制備成形狀較為復雜、有較高尺寸精度要求的復合材料零部件，這里連續纖維作為增強體彌補了短切纖維的力學短板，達到了局部補強的目的。可以看出該種方式通過控制纖維長短，鋪設方向，可以進一步設計復合材料的力學性能，在力學性能的可控性和可設計性要比單層SMC片材大。該工藝適用于大批量、重復性高、結構復雜的汽車半結構件生產。在不犧牲力學性能、表面質量的情況下進一步減輕重量。
該制造工藝的難點在于需要設計匹配的鋪層或者纖維的分布，用以配合不同結構件的力學或其他性能要求。這些挑戰要求在設計之初，不僅需要考慮純力學分析，還要考慮制造工藝過程中所引入的材料各向異性。由于有意識的設計纖維分布的不均勻，導致在宏觀表征上，結構件的各向異性明顯。通過計算機仿真分析可以快速方便地研究不同設計得到的車身結構的力學性能，進而幫助企業快速確定工藝參數，減少了實際測試和調整的時間和次數，進而降低生產成本，提高研發和生產效率。
展開 非金屬復合材料成型仿真交流
大家好，我目前在做非金屬復合材料成型方面的仿真，主要涉及的軟件包括（PAM-COMPOSITE，ABAQUS，Moldex3D等），希望感興趣的同學加入這個群
921536817，大家共同交流。
Abaqus基于粘彈性本構的復合材料固化成型仿真
Abaqus基于粘彈性本構的復合材料固化變形分析
復合材料制件成型過程中，由于材料自身的各向異性、樹脂基體的化學收縮反應以及模具作用等因素的影響，導致制件成型過程中產生殘余應力，引起固化變形，從而增加制造成本和裝配難度。因此，合理預測制件固化過程中殘余應力的發展，計算制件的固化變形量，成為降低制造成本、提高生產效率的重要手段。
復合材料固化成型仿真主要包括三個部分：熱-化學模型，固化動力學方程和固化本構。http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1261705中介紹了固化成型過程中的熱化學模型和固化動力學方程。為了進一步研究復合材料的固化變形過程，本文又引入了粘彈性本構模型，采用完全熱力耦合的分析方法，預測了復合材料的固化變形。
目前常用的固化本構模型包括：線彈性模型，路徑依賴模型和粘彈性本構模型。
Zocher等提出的粘彈性本構模型其本構關系和應力增量方程為：
其中
式中St_im是歷史狀態變量
其中，增量步內的折算時間
式中，Cu_ij和Cf_ij分別為完全松弛剛度和未松弛剛度；aT、Wm和τm分別為轉換因子、權重系數和松弛時間。松弛時間和權重因子如下
通過Umat子程序編寫粘彈性本構模型，結合Hetval、Disp等子程序進行固化成型過程分析。有限元模型如下圖所示，包括復合材料及模具。在回彈分析時，通過Model Change 移除模具。
固化過程中的溫度和固化度關系的關系如圖所示
計算得到的溫度和應力的關系如圖所示
固化過程中的應力場如下圖所示
移除模具后，可以得到復合材料的回彈變形如圖所示
有關于子程序二次開發或者復材仿真的問題可以聯系QQ1653004885或者關注CAE320公眾號
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