2021 年 10 月 6 日消息，Claude Maack 探索創新的纖維創新和制造工藝的挑戰和機遇。

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展，成為設計重型零件和結構的選擇之一，它具有高拉伸載荷、導熱性和更輕的重量等方面的優勢。

如今，由具有多種材料特性的各種材料制成的不同連續纖維可用于工業。由天然和非天然材料制成的纖維表現出卓越的機械和熱性能，可用于根據特定的輕質結構需求定制新的組件和結構。

越來越多使用纖維的新型自動化生產方法進入市場。當前的自動化技術，如 3D 打印、機器人長絲方法，其中纖維與粘合劑混合，顯示了如何設計新的熱機械部件和結構的革命性變化。

這種制造技術通常用于制造開口或封閉端結構。這提供了在整個結構中具有連續長絲的可能性以及在不浪費材料的情況下連續制造的可能性，因為幾乎沒有下料。

3D 打印方法的缺點是，在大多數情況下，在形狀、方向上有限制，并且需要太多的生產時間。另一方面，工業機器人/CNC 方法很有意義，該方法的過程是根據要生產的零件而設計的。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；優化的仿生形狀；和降低復雜性?？梢詢灮蛷埩Γǜ鶕撦d的纖維強度/方向），并且可以定義/調整強度和剛度。這種方法提供了多軸向載荷能力（拉伸/壓縮、彎曲、扭轉）。它也是材料優化和資源友好的。

多材料支架的計算機模型

一些設計師、工程師和制造商已經在為某些應用開發新的組件和結構，使用無端纖維代替金屬/塑料方法。已經生產的具有無限纖維的部件包括輕質支架和夾層板。

挑戰是什么？

在任何材料和制造過程中，都會出現技術和工業挑戰。工程師和制造商必須分析新材料和技術所展示的可能性與產品風險。似乎決定大量使用無端纖維的主要挑戰是從頭到尾理解和了解制造過程。良好的自動化和校準制造過程將使制造的產品具有連續和可重復的質量。

由于作為制造零件的傳統方法，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鏈。選擇具有工業能力的可靠的工業連續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合制造 3D 結構部件，這些部件是 100% 可修復（自愈）、可回收和可持續的，無限纖維作為主要的潛力結構材料清晰。

彈簧等結構是此過程的理想應用

可持續性是一個大趨勢，它將影響我們未來幾十年的行為，因為人類開始明白事情必須改變。挑戰是巨大的。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。一半的重量會產生一半的能量，這與加速所需的能量類型無關。

潛力巨大的技術

3D 中的 xFK 是一種工藝技術，將對這一主題做出重大貢獻。原始設備制造商將其稱為“改變游戲規則的技術”。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。功能的集成導致復雜性的降低。大尺寸（汽車尺寸甚至更大尺寸）的復雜 3D 結構是可能的。模擬驅動的數字流程鏈意味著拓撲優化。通過在繩索中思考，研究自然界中發現的模式，導致仿生設計。CAD-FEA-CAM 是一種全自動機器人繞線工藝。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，循環經濟方面的生物基樹脂，通過以智能方式修復結構和回收材料，這一過程將成為可持續系統的突破。

與 3D 解決方案中 xFK 的相對質量相比，附加值非常引人注目。原始設備制造商和其他行業專家證實，這項技術將是不可避免的。