碳纤维复合材料部件的常见制造工艺

有多种工艺可用于生产碳纤维部件。一些工艺（例如注塑成型）用于多种材料，而有些则更特定于碳纤维复合材料。选择哪种工艺取决于所涉及的特定复合材料、部件设计细节和应用。可用的预算和生产量也应考虑决策。

大多数碳纤维制造涉及某种类型的成型，以将碳纤维复合材料形成最终应用所需的形状。成型工艺在工具和复杂性方面可能有所不同。

开放成型

开封成型是玻璃纤维复合材料制造中常用的工艺。开模可以通过手糊完成，也可以通过喷射（一种半自动替代方案）来完成。喷射工艺包括将催化树脂和纤维喷涂到模具中，方法是将短切的纤维直接吹入喷涂的树脂流中，以便同时将材料涂覆到模具中。

手糊和真空装袋

手糊是指将干燥的碳纤维织物或预浸料板的层或层手工放置在模具上，以形成层压板堆栈。在每层之间涂覆树脂以干燥织物，然后用手辊或使用真空袋技术对各层进行减瘤。减瘤可以巩固铺层并去除层间滞留的空气，这些空气可能会导致空隙并削弱零件。

树脂注入碳纤维制造

虽然在喷涂过程中采取了减少 VOC 的措施，但越来越多的法规限制了工人接触有害空气污染物，因此需要改进这一领域。此外，对更快生产的需求推动了更自动化的碳纤维制造工艺的发展。有几种类型的树脂注入碳制造工艺可供选择。

树脂传递模塑（RTM）：涉及使用两部分匹配的封闭模具，通常由金属或复合材料制成。将干钢筋放入模具中，然后关闭模具。测量并混合低粘度树脂，然后在低压或中压下通过注射口泵入模具中。
真空辅助树脂传递模塑（VARTM）： 涉及仅使用真空将树脂吸入模具中，而不是在压力下泵送。这种碳纤维制造过程既不需要高压也不需要热量。由于 VARTM 工艺所需的模具成本较低，因此可以通过这种方式以更低的成本制造更大、更复杂的零件。

大批量成型方法

对于大批量生产，通常使用称为压缩成型的大批量热固性成型工艺。此过程通常使用昂贵但耐用的金属工具。片状模塑料（SMC）是一种复合材料，通常由夹在厚树脂糊片之间的短切纤维制成，放置在一组钢模上。一旦 SMC 准备好成型，它就会组装在加热的模具上，然后在施加高压之前关闭并夹紧。随着材料的粘度降低，SMC 流动以填充模具型腔。

也许最常见的成型工艺，即注塑成型，是一种快速、高压、小体积、封闭的工艺。它最常用于热塑性塑料，但几十年来，块状模塑料（BMC）的自动注塑成型变得越来越普遍。BMC 注塑成型工艺涉及柱塞或螺杆式柱塞，迫使一定量的材料通过加热的料筒，将其注入加热的封闭模具中。

还有许多其他用于碳制造的大批量成型方法涉及这两种工艺或其他类似工艺的组合。其他大批量成型方法的一些示例包括管材轧制、纤维缠绕、拉挤成型、自动纤维铺放（AFP）和自动铺带（ATL）。

增材制造

增材制造或 3D 打印是一种自动化流程，可从一系列 2D 横截面层创建 3D 对象。增材制造技术总是从计算机辅助绘图（CAD）实体模型开始。然后使用专有软件将模型切片成薄的 2D 横截面图案，这些图案告诉 3D 打印机如何堆叠 2D 切片以创建物理 3D 零件。

如今，根据所使用的 3D 打印机的规格，3D 打印使用了许多不同的材料。当今常用的增材制造方法包括立体光固化成型（SLA）、熔融沉积建模（FDM）、选择性激光烧结（SLS）、数字光处理（DLP）和 PolyJet 打印。FDM 是纤维增强塑料最常用的方法，是碳纤维制造的最佳选择。无论使用哪种方法，3D 打印都是通常用于原型工具的方法，它允许快速使用零件来评估形状、配合和偶尔的测试。

为您的项目制造碳纤维的最佳方法在很大程度上取决于要制造的部件数量、您的预算以及部件的最终应用。一些碳纤维制造方法适合 DIY，而另一些则需要聘请专业的碳纤维制造商。了解可用的各种碳制造方法可以更容易地确定适合您应用的最佳方法。