颠覆性的技术——连续纤维注射工艺

连续纤维注射工艺（CFIP）技术将颠覆复合材料的加工方式。该工艺是一种制造复合材料结构的新方法，其基础是将连续纤维注入部件内部，而不是将其置于表面或拉过模具。

目前用于加工连续纤维的复合材料制造方法主要基于以下两个概念：

• 将纤维逐层放置在表面上，包括各种技术，如导流、RTM、压模、高压釜、缠绕甚至 3D 打印；

• 将纤维拉过模具，如拉挤工艺。

这些工艺适用于制造壳状结构或型材。CFIP 以全新的制造理念为基础，可以用连续纤维增强材料高效制造高度优化的三维类结构。第一步是设计和制造带有管状空腔的零件。然后，将连续纤维与液态树脂同时注入管状空腔内，当树脂固化时，最终的复合材料部件就制成了。该技术的知识产权受多项专利保护。三维打印技术可用于制造带有管状空腔的部件，这些管状空腔在各个方向上都有复杂的轨迹。当与三维打印技术相结合时，CFIP 为连续纤维在最合适的方向上的排列带来了最大的自由度，因此无论加载点和固定点位于何处，都可以直接连接，而无需额外的层。

关键原则

加压树脂产生的气流可帮助连续纤维沿管状空腔移动并起到润滑作用。纤维还受到机械推动。纤维在加工过程中经过特殊处理。可使用碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和其他类型的纤维，CFIP 与热塑性树脂、热固性树脂和生物基树脂兼容性良好。

CFIP 是一种无模技术，可用于加固使用任何制造技术和材料制造的部件。这包括用于加工聚酰胺、TPU 或 PEEK 等聚合物、铝或钛合金等金属以及陶瓷材料的传统技术和 3D 打印技术。在制造尺寸方面，CFIP 与大尺寸三维打印技术兼容。

CFIP 还可用于整体连接不同部件，通过注入连续纤维，实现端到端的纤维连续性，从而实现超高的连接性能。这种独特的能力使高效制造多材料、多工艺结构成为可能。根据机械要求以及成本和生产目标，在正确的位置使用正确的材料和工艺（图 1）。

CFIP 和可持续性

与传统的复合材料制造方法相比，CFIP可以提高材料利用效率。通过只在需要的地方精确注入纤维，它可以减少浪费，降低材料成本，尤其是在使用碳纤维等昂贵纤维时。当与三维打印技术相结合时，CFIP 可大幅提高买飞比，尤其是与通过减材制造方法制造的部件相比。

轻量化的部件可以在结构的生命周期内节约大量能源，尤其是在运输应用中，有助于降低碳排放量。作为一项专注于减轻重量的技术，CFIP 在降低航空航天和陆地车辆的燃料消耗方面发挥着重要作用。CFIP工艺生产的零部件，通过降低燃料使用成本，减少排放到大气中的污染物，有助于实现更清洁的环境。

图2 由 6 种不同的 3D 打印木基生物聚合物部件制成的横梁，通过 CFIP 使用连续碳纤维和生物基树脂进行加固和整体连接

此外，CFIP 与有助于减少部件碳足迹的材料兼容，包括生物基树脂或热塑性树脂以及亚麻等天然纤维（图 2）。关于可回收性，在使用寿命结束时，可根据具体的材料组合，通过各种方法将原材料和注塑加固材料分离。分离后，每种材料都可以使用最先进的方法进行回收，从而进一步提高这种方法的可持续性。