NASA大学领导计划（ULI）——新型复合材料制造技术在航空航天制造业中的应用

城市空中交通（UAM）是一种安全高效的空中交通系统，用于按需移动模式（ODM），已成为空中交通的前沿系统之一。

与商用飞机相比，生产量更大，尺寸更小，这就需要开发新一代复合材料和制造方法，以满足ODM的经济性、安全性和对环境友好的要求。设计一种新型复合材料，采用对齐的短纤维增强，该复合材料可以高速冲压成片状，保证强度的同时重量轻，可裁剪，以满足在航空航天领域中的应用条件。

特拉华大学（UD-CCM）开发了一种高度对齐的短纤维增强的复合材料原料（添加量大于57%的体积分数），能够以高速率（工艺循环时间仅1分钟）实现类似汽车的生产过程，其性能相当于航空航天级应用的连续纤维复合材料。该工艺可以实现将定制坯料一步成形为复杂几何形状。利用一套自动化生产设备，将纤维以一定速度转换为零件，创建新的预浸料坯和定制坯料格式，用于模型验证、数据库生成和成型演示。

该技术是基于TuFF复合材料开发的零件设计工艺，以满足航空航天应用性能的同时提高生产速度。结合实验和建模的方法研究该技术。建模方面将侧重于可视化和监控加工过程中的纤维尺度的对齐机制，以保证高度对齐的短纤维层的机械加工效率，并通过实验验证模型用于零件的开发和工艺设计。

制造业研究、技术转型和配套教育是下一阶段努力的主要目标。美国国家航空航天局（NASA）的项目规划图（Roadmap）确定了UAM在未来15年内的技术要求，到2026年开发出可运行的原型，到2031年实现技术的大范围应用。ULI的目标是解决无人机制造和商用航空领域中复杂几何形状的复合材料部件制造中的技术障碍，以满足航空航天性能要求的同时提高生产率，并将技术扩展应用。

高度对齐的短纤维增强复合材料的开发为该技术提供了可行性的条件，该复合材料可以像金属一样设计，冲压成型，并像金属那样重复使用或回收。

配套教育是该项目的核心宗旨，将为本科实习生、复合材料制造专业的研究生以及与HBCU和行业合作伙伴的合作培训/教育机构提供机会。该团队还包括OEM/Tier 1合作伙伴、材料供应商和其他复合材料行业相关企业。

此文由中国复合材料工业协会翻译，文章不用于商业目的，仅供行业人士交流，引用请注明出处。