纤维复合材料具有高比强度、高比模量、优异的抗疲劳性以及良好的可设计性等优点,在航空航天和国防军工等领域具有广泛的应用前景。然而,其成形技术与装备作为战略资源长期掌握在美国、德国和法国等发达国家。与西方发达国家相比,我国在复合材料成形领域存在过程自动化程度低、形性调控精度差、制造效率低质量一致性差等问题,难以实现高性能的复合材料构件精确成形,在复杂结构构件的制造中问题尤为显著。
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增材制造是通过材料“自下而上”的自动化、数字化的逐层累加实现复合材料构件的成形技术,该技术具有高精度、高效率、无模化等优点,可以实现复合材料制备与构件成形制造一体化。纤维复合材料增材制造作为新一代制造路径,融合数字建模、路径规划与多材料协同沉积,突破了设计与成形的耦合瓶颈,实现复杂结构的无模化、高性能一体制造,构件比强度优于钛合金两倍以上,在航空航天领域有广阔的应用前景。
我国在增材制造的成形方法、工艺和装备方面进行了相关研究和探索,可实现连续纤维增强热塑性复合材料构件的快速制造,并在发动机壳体、卫星翼板、无人机支架等处应用,实现了该领域的“从无到有”。未来,亟需突破增减材一体化成形、多轴多工艺复合成形、多功能复材构件成形等关键技术,支撑复合材料构件自主可控与产业高质量发展。
面向航空航天、国防军工等领域对复杂构件轻量化、高性能化的迫切需求,团队聚焦复合材料增材制造技术,围绕成形理论-工艺·装备-应用全链条开展系统性攻关,突破多尺度界面调控、精确控形控性、复杂路径规划、自主装备研制等核心瓶颈,形成创新成果。
聚焦纤维增强复合材料数字化、无模化、柔性快速制造需求,攻克连续纤维在热塑性基体中轴向浸润与界面结合难题,形成从参数优化、缺陷抑制到性能验证的全链条闭环调控体系,支撑复材构件高精度设计与制造。
建立了面向复杂复合材料构件的曲面路径规划模型,揭示温度、压力与速度多参数耦合机制,开发出基于STL模型自适应分层切片算法、空间曲面分层与路径规划算法,研发了自主可控的连续纤维路径规划软件。
研制具有自主知识产权的系列化增材制造成形装备,集成了纤维张紧、热力耦合压实、断线检测、续打、纤维剪断等功能,实现了大型复杂复合材料构件成形制造。

桌面级300系列增材制造设备

工业级500系列增材制造设备

工业级1000系列增材制造设备
01国家重点研发计划
02国家自然科学基金
03173重点项目课题
04江苏省基础研究计划重点项目