树脂基复合材料点阵结构的制造技术研究进展

doi:10.7527/S1000-6893.2023.28255

薄壁构件材料-结构一体化设计与制造专栏

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树脂基复合材料点阵结构的制造技术研究进展

韩剑, 孙士勇, 牛斌(), 杨睿, 吴东江

大连理工大学机械工程学院，大连 116024

收稿日期:2022-11-11 修回日期:2022-11-23 接受日期:2023-01-17 出版日期:2023-03-06 发布日期:2023-02-10
通讯作者: 牛斌 E-mail:niubin@dlut.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(51790172)

Progress in manufacturing technologies of resin⁃based composite lattice structures

Jian HAN, Shiyong SUN, Bin NIU(), Rui YANG, Dongjiang WU

College of Mechanical Engineering，Dalian University of Technology，Dalian 116024，China

Received:2022-11-11 Revised:2022-11-23 Accepted:2023-01-17 Online:2023-03-06 Published:2023-02-10
Contact: Bin NIU E-mail:niubin@dlut.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(51790172)

摘要/Abstract

摘要：

树脂基复合材料点阵结构集点阵结构与复合材料优势于一体，是实现飞行器等高端装备结构轻量化、功能化与智能化的理想结构材料。然而，由于复合材料点阵结构的材料高度各向异性、结构跨尺度、几何拓扑构型复杂、多功能集成设计需求等特征，导致复合材料点阵结构的制造技术存在诸多难题与挑战。本文回顾了复合材料点阵结构的发展历程，重点围绕近年来国内外在制造技术方面的研究与突破，根据点阵芯体的核心成形工艺，在给出制造技术分类与优缺点分析的基础上，总结了影响点阵结构成形质量的关键工艺，进一步剖析了制约当前复合材料点阵结构制造技术发展的问题，最后对复合材料点阵结构制造领域的未来发展趋势进行了展望。

关键词: 树脂基复合材料, 点阵结构, 制造技术, 关键工艺, 高性能制造

Abstract:

Being an advanced structure which integrates the advantages of lattice structures and composite materials， the resin-based composite lattice structure is an ideal structural material to realize the lightweight， multifunctional， and intelligent aircraft structure. However， due to the characteristics of the composite lattice structure， such as the anisotropy of composite materials， the cross-scale feature， the complex geo-metric topology configuration， and the multi-functional integrated design requirements， there are many problems and challenges in the manufacturing technology of composite lattice structure. This article reviews the development of composite lattice structure manufacturing technology and characteristics. In addition to the analysis of current status， the characteristics of the manufacturing technology are classified and discussed， and the key techniques of manufacturing technologies are analyzed. The existing problems restricting the development of the manufacturing technology for the composite lattice are further analyzed. Finally， the future development directions of the composite lattice structure preparation field are suggested.

Key words: resin-based composite materials, lattice structure, manufacturing technology, critical process, high-performance manufacturing

中图分类号:

韩剑, 孙士勇, 牛斌, 杨睿, 吴东江. 树脂基复合材料点阵结构的制造技术研究进展[J]. 航空学报, 2023, 44(9): 628255-628255.

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图/表 25

图 1

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表1

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类型	芯体制备技术	面芯连接方式	工艺优势	工艺局限性
模压技术	卷制芯体^［22］	预浸料棒埋入面板，面芯共固化	面芯连接质量高，杆件成形质量高	对模具要求高，面板内引入了层间间隙等损伤
	叠层芯体^［28］	面芯分别成形；胶粘连接	杆件成形质量高	对模具要求高，面芯连接质量差，交叉铺放位置易出现分层
	2D预制体^［32］	面芯通过界面相连，在热压作用下共固化	面芯连接质量高，密度变化范围大	基本构型受到限制；容易引入机械损伤
组装技术	连续胞元^［43］	芯体之间通过嵌锁组装；面芯之间通过胶粘连接	可加工结构丰富，可制备多层结构，设计潜力大	机械加工容易引入损伤；面芯连接质量差
组装技术	离散胞元^［48］	芯体之间通过嵌锁、组装等连接	可加工结构丰富，组装方式灵活，设计潜力大	胞元较多，组装工艺复杂，容易引入装配误差
编织穿插技术	干法编织^［50］	预浸料埋入面板，一体成形	面芯连接质量高，工艺流程简单	杆件截面形状不均匀；预制孔洞的面板有损伤
编织穿插技术	湿法编织^［53］	纤维埋入面板，面芯共固化	可制备多层结构，尺寸参数变化大	纤维丝束较细；树脂较难均匀浸润；预制沟槽的面板有损伤
原位成形技术	自动铺放^［65］	面芯各自成形，通过胶粘连接	自动化程度高，工艺过程可实时监测，材料均匀性好	交叉铺放位置出现易分层区域；构型与尺寸受限
原位成形技术	3D连续碳纤维打印^［70］	面芯各自成形，通过胶粘连接	自动化程度高，工艺过程可实时监测，模具依赖度低	成形时缺乏热压共同作用，质量缺乏保证；构型与尺寸受限；纤维含量低

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树脂基复合材料点阵结构的制造技术研究进展

Progress in manufacturing technologies of resin⁃based composite lattice structures

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