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碳纤维作为一种战略性新材料，以其轻质、高强高模、耐腐蚀、长寿命等优异特性，在航空航天、汽车工业、风电叶片、体育用品、建筑领域等占据重要地位。随着政策支持和技术创新的不断推进，碳纤维产品的渗透率持续提升，其综合价值也得到了广泛验证，已成为推动中国工业发展的中坚力量。在碳纤维复材的生产过程中，成型加工方法对成品质量起着至关重要的作用。目前，碳纤维的成型加工方法多种多样，各有优劣。  激光精密切割解决方案已验证场景与案例，图源：梅曼激光 手糊成型工艺作为最传统的树脂基复合材料成型工艺，是依赖人工操作，通过手工逐层交替铺贴织物和涂刷树脂胶液，再经过固化、脱模等工序，得到复合材料制品。该工艺设备简单易操作，但效率较低，无法大规模生产。 热压罐工艺产生于上世纪40年代，是制造连续纤维增强热固性复合材料制件的主要方法。由于该工艺能实现纤维和树脂含量可控，制品表面孔隙率低，成品质量高，因此广泛用于航空航天、电子器件、新能源等高端技术领域。尤其在航空航天领域，由热压罐工艺生产的复合材料制品比重超过80%。热压罐工艺优势明显，其温度和压力控制精度高、系统稳定性好，易于实现模块化和系列化生产。然而，热压罐设备昂贵，维护成本较高，同时能耗高，这对应用扩展有一定限制。 树脂传递模塑成型工艺是制造复合材料最常用的方法之一。该工艺是在闭合模具的模腔内预先铺设纤维，后通过压力把树脂及固化剂注入模腔，使树脂充分浸润纤维增强材料，经过固化、脱模、后加工等操作后制造出成品。该工艺对原材料适用范围广、制品尺寸精确度高、可重复性好，在航空航天、汽车、船舶、等领域应用广泛。在成型过程中，对于模具模腔设计和树脂流动性的匹配要求高，若浸润不佳容易出现孔洞、表面瑕疵，工艺把控难度高。  图源：网络 缠绕成型工艺可设计性强高，常用于制造圆筒形或类似旋转对称形状部件，可满足不同领域对碳纤维制品的多样化需求。该工艺是将浸渍有树脂的纤维丝束在张力作用下均匀且规律地缠绕在芯模上，形成有一定编排规则的复合材料部件。根据纤维缠绕成型时树脂物理化学状态，可将其分为三类，干法缠绕成型工艺、湿法缠绕成型工艺以及半干法缠绕成型工艺。 除此之外，碳纤维增强树脂基复合材料的成型工艺还包括有拉挤成型、模压成型、3D打印成型等。在加工领域，复合材料的传统接触式加工主要有切割、铣削、钻孔等操作。随着计算机数控（CNC）技术的发展，复合材料可以加工出高精度、复杂的零件，实现高水平重复性，降低成本。但对于碳纤维增强树脂基复合材料来说，其结构坚硬，钻头需要由金刚石涂层材料或固体碳化物制成，同时还需考虑碳纤维丝的完整性，避免表面毛化。切割设备同样如此，用典型钢刀切割碳纤维复材，很快就会磨损。  激光表面改性提升胶粘性能在航空领域的应用，图源：梅曼激光 在此背景下，激光精密切割提供了更优的解决方案，梅曼激光精密切割通过非接触式激光束精准切断碳纤维，实现切口平整无毛刺，基材无损伤，加工精度达到10 μm，对于3 mm以下板材加工成本降低了40%。此外，梅曼激光还可以调控碳纤维表面化学基团，实现材料内聚粘结从而提升粘接强度。该项技术已在航空复材领域等到验证。  |
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