2021 年 10 月 6 日消息，Claude Maack 探索創(chuàng)新的纖維創(chuàng)新和制造工藝的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

自從 1800 年代首次在弧光燈、白熾燈泡（竹條）和紡織品中使用碳纖維以來，纖維的使用得到了廣泛的擴(kuò)展，成為設(shè)計(jì)重型零件和結(jié)構(gòu)的選擇之一，它具有高拉伸載荷、導(dǎo)熱性和更輕的重量等方面的優(yōu)勢。

如今，由具有多種材料特性的各種材料制成的不同連續(xù)纖維可用于工業(yè)。由天然和非天然材料制成的纖維表現(xiàn)出卓越的機(jī)械和熱性能，可用于根據(jù)特定的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)需求定制新的組件和結(jié)構(gòu)。

越來越多使用纖維的新型自動化生產(chǎn)方法進(jìn)入市場。當(dāng)前的自動化技術(shù)，如 3D 打印、機(jī)器人長絲方法，其中纖維與粘合劑混合，顯示了如何設(shè)計(jì)新的熱機(jī)械部件和結(jié)構(gòu)的革命性變化。

這種制造技術(shù)通常用于制造開口或封閉端結(jié)構(gòu)。這提供了在整個結(jié)構(gòu)中具有連續(xù)長絲的可能性以及在不浪費(fèi)材料的情況下連續(xù)制造的可能性，因?yàn)閹缀鯖]有下料。

3D 打印方法的缺點(diǎn)是，在大多數(shù)情況下，在形狀、方向上有限制，并且需要太多的生產(chǎn)時間。另一方面，工業(yè)機(jī)器人/CNC 方法很有意義，該方法的過程是根據(jù)要生產(chǎn)的零件而設(shè)計(jì)的。這種方法允許使用具有特殊功能的無端纖維制造高科技零件，包括：超輕、高幾何靈活性；優(yōu)化的仿生形狀；和降低復(fù)雜性?？梢詢?yōu)化力和張力（根據(jù)負(fù)載的纖維強(qiáng)度/方向），并且可以定義/調(diào)整強(qiáng)度和剛度。這種方法提供了多軸向載荷能力（拉伸/壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)）。它也是材料優(yōu)化和資源友好的。

多材料支架的計(jì)算機(jī)模型

一些設(shè)計(jì)師、工程師和制造商已經(jīng)在為某些應(yīng)用開發(fā)新的組件和結(jié)構(gòu)，使用無端纖維代替金屬/塑料方法。已經(jīng)生產(chǎn)的具有無限纖維的部件包括輕質(zhì)支架和夾層板。

挑戰(zhàn)是什么？

在任何材料和制造過程中，都會出現(xiàn)技術(shù)和工業(yè)挑戰(zhàn)。工程師和制造商必須分析新材料和技術(shù)所展示的可能性與產(chǎn)品風(fēng)險。似乎決定大量使用無端纖維的主要挑戰(zhàn)是從頭到尾理解和了解制造過程。良好的自動化和校準(zhǔn)制造過程將使制造的產(chǎn)品具有連續(xù)和可重復(fù)的質(zhì)量。

由于作為制造零件的傳統(tǒng)方法，使用的無端纖維材料要少得多，因此這種方法為即將到來的資源變得越來越稀有和昂貴的未來帶來了顯著的附加值。此外，必須建立完善的無端纖維材料供應(yīng)鏈。選擇具有工業(yè)能力的可靠的工業(yè)連續(xù)纖維材料和制造商非常重要。

考慮到，在不久的將來，將有可能使用天然纖維與天然生物基粘合劑相結(jié)合制造 3D 結(jié)構(gòu)部件，這些部件是 100% 可修復(fù)（自愈）、可回收和可持續(xù)的，無限纖維作為主要的潛力結(jié)構(gòu)材料清晰。

彈簧等結(jié)構(gòu)是此過程的理想應(yīng)用

可持續(xù)性是一個大趨勢，它將影響我們未來幾十年的行為，因?yàn)槿祟愰_始明白事情必須改變。挑戰(zhàn)是巨大的。輕量化是所有移動主題（街道、水、空氣甚至太空）的最小公分母。一半的重量會產(chǎn)生一半的能量，這與加速所需的能量類型無關(guān)。

潛力巨大的技術(shù)

3D 中的 xFK 是一種工藝技術(shù)，將對這一主題做出重大貢獻(xiàn)。原始設(shè)備制造商將其稱為“改變游戲規(guī)則的技術(shù)”。其原因是顯而易見的。在相同的剛度下，它可以減輕 50% 到 70% 的重量。功能的集成導(dǎo)致復(fù)雜性的降低。大尺寸（汽車尺寸甚至更大尺寸）的復(fù)雜 3D 結(jié)構(gòu)是可能的。模擬驅(qū)動的數(shù)字流程鏈意味著拓?fù)鋬?yōu)化。通過在繩索中思考，研究自然界中發(fā)現(xiàn)的模式，導(dǎo)致仿生設(shè)計(jì)。CAD-FEA-CAM 是一種全自動機(jī)器人繞線工藝。最后，這種方法為使用任何纖維與任何粘合劑的組合提供了高度的靈活性。

通過在今天和不久的將來增加使用天然纖維，循環(huán)經(jīng)濟(jì)方面的生物基樹脂，通過以智能方式修復(fù)結(jié)構(gòu)和回收材料，這一過程將成為可持續(xù)系統(tǒng)的突破。

與 3D 解決方案中 xFK 的相對質(zhì)量相比，附加值非常引人注目。原始設(shè)備制造商和其他行業(yè)專家證實(shí)，這項(xiàng)技術(shù)將是不可避免的。