近年來,3D打印概念異常火爆,復合材料在3D打印應用將出現三大趨勢:一是我們將繼續看到流程和系統的工業化,硬件與軟件發展的結合將更加支持大批量生產。二是對系統進行更多的傳感控制,以實現實時過程控制-熱,尺寸和光學傳感可提高過程公差。三是用于提高3D打印操作效率的新軟件更加成熟,從而更深入的用于多材料零件的新設計和仿真。
2020年全球復合材料產業發展解析2020年1月,美國復合材料世界網站發布《復合材料2020—市場機遇繁多》系列研究報告,總結和展望了2020年全球復合材料產業發展的現狀、機遇和挑戰。報告認為,進入2020年,影響復合材料制造業的主要因素包括機器人即自動化技術、高溫熱壓罐固化工藝、熱塑性復合材料技術、復合材料4.0和增材制造技術等。
報告指出,制造業將復合材料制造視做單獨的、全球化的實體行業,通過形成各種高度工程化的零部件和結構來滿足客戶的需求。但實際上, 復合材料行業是許多高度垂直市場(如航空、汽車、海運、消費品、風能等行業)的集合,這些行業以各種不同的方式消耗復合材料。使用的程度由零件性能要求、成本閾值、各地法規和客戶需求具體決定。例如,商用航空制造業中的材料、工藝和成本等參數與休閑娛樂造船行業就存在很大不同。
報告指出,盡管復合材料具有高度定制化的特性,但在未來幾年中,由于材料和工藝總體上蓬勃發展的大趨勢,無疑也將影響整個復合材料行業。首先,機器人和自動化技術將會大量應用, 在制造過程中逐步取代人力。驅使這種轉變的主要原因,包括用戶對于提高產品一致性和質量的期望、對于進一步降低制造成本客觀要求以及對于更高批次、高效率生產的現實需求。
第二,復合材料行業將努力擺脫熱壓罐固化工藝的限制。熱壓罐在固化復合材料層壓板方面的雖然優勢明顯,但其獲取和操作的成本也居高不下。這也是目前生產過程中所面臨的瓶頸之一, 阻礙了生產效率和產量的提升。正因如此,在各個應用領域,人們已經更加充分認真地考慮將非熱壓罐(OOA)材料和工藝——例如熱塑性復合材料、樹脂灌注和樹脂傳遞模塑(RTM)工藝等——逐步投入到生產制造,尤其在大型商用航空航天結構部件的制造中。
第三,熱塑性復合材料的發展總體上呈明顯上升趨勢。主要因為這種材料具有以下特性:可使用OOA加工、更易于存儲和處理(與預浸料相比)且易于回收利用。
第四,“復合材料4.0”時代降臨。復合材料行業中的工業4.0版正式步入公眾視野,其主要內涵是指復合材料行業具有了完整數字化制造過程——從設計到仿真,再到制造仿真,再到復合材料制造,再到故障排除,最后直到跟蹤每個零部件性能狀態等。這種能力的形成,將促使人們開發和使用更加復雜的算法,以控制滿足未來制造環境、可制造下一代復合材料的智能機器。
第五,復合材料制造中的增材制造技術的大規模發展。短切纖維增強材料在基于熱塑性復合材料增材制造中的初步應用,這表明使用連續纖維增強材料已經可以制造單獨的零件、工裝和模具組件。此外,業界還發現了基于熱固性復合材料的增材制造技術,以及將增材制造與AFP/ATL相結合的新工藝的出現。
預計到2020年,智能復合材料在結構健康監測和其他傳感應用的市場總額將達到5.6億美元。目前,結構健康監測系統采用先進的傳感器和微電子機械系統(MEMS)技術,但它們正轉向采用智能復合材料以降低SHM的成本,減少SHM系統響應時間。
(審核編輯: 智匯小新)
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