以下文章來源於航空學報CJA ，作者航空學報CJA
隨著現代航空航天領域科學技術的發展，各國在高超聲速飛行器、隱身飛機等高精尖領域的競爭越來越激烈。面對獨特的服役環境和性能需求，高性能飛行器對自身結構設計提出了輕量化、多功能與智能化的需求。復合材料點陣結構正是滿足這種需求的潛在結構材料之一。
復合材料點陣結構具有輕質、高強的材料優勢，在減重、承載、吸能、熱量耗散以及耐衝擊等多領域擁有應用前景。近年來，國內外學者已經在復合材料點陣結構的製備技術上做了眾多工藝探索，然而距工程應用還需要克服生產效率低、產品穩定性差等諸多困難。復合材料點陣結構的製備是涉及復合材料、點陣拓撲結構與性能需求於一體的高性能結構製備過程。
《航空學報》期刊中發表的《樹脂基復合材料點陣結構的製造技術研究進展》一文，從復合材料點陣結構、製備技術與關鍵技術等幾個方面著手，梳理了近年來各國學者在復合材料點陣結構製造工藝上取得的成果，以期為復合材料點陣結構進一步走向工程應用提供參考。
論文連結：
https://hkxb.buaa.edu.cn/CN/10.7527/S1000-6893.2023.28255
/ 研究亮點
1）總結了復合材料點陣結構的現有製備技術及特點
相較於一般復合材料構件，復合材料點陣結構同時具備微觀組分、細觀杆件以及宏觀構型，具有多材料、跨尺度、多功能集成等特徵，因而其製造工藝也較更加複雜。為了釐清現有點陣結構製備技術現狀，本文以成形點陣芯體的核心工藝為視角，梳理了現有復合材料點陣結構的代表性製造技術，將其分類為：模壓技術、組裝技術、穿插編織技術以及原位成形技術。
圖1 復合材料點陣結構製造技術的分類
模壓成形技術
模壓成形技術是將一定量的預浸料放入到模具模腔中，在一定溫度和壓力作用下，使預浸料受熱軟化、受壓流動並充滿模腔，最終固化成形的過程。在利用模壓成形技術製備點陣結構時，如何將片狀預浸料加工成為點陣芯體中的支撐杆件是關鍵步驟。
組裝技術
組裝技術是將點陣結構胞元視作一個個「零件」，在完成胞元的製備後，通過嵌鎖、粘接等工藝將胞元組裝成點陣結構。根據基礎胞元的不同，組裝工藝分為連續胞元組裝技術與離散胞元組裝技術。
穿插編織技術
穿插編織技術是基於絲束可以編織的特點，利用輔助工具將纖維絲束穿過預設的路徑，從而獲取點陣結構幾何拓撲的一種工藝。根據材料工藝特點可以進一步分為干法穿插技術與濕法穿插編織技術。
原位成形技術
與前述製備技術不同的是，原位成形技術側重於實時性與自動化，在成形原理上與復合材料自動鋪帶、絲束纏繞成形等技術具有相似性。目前主要有兩種原位成形技術，基於自動鋪放技術的原位成形技術以及基於3D列印技術的連續碳纖維原位成形技術。
圖2 模壓成形技術所用模具
圖3 組裝工藝製備的層級點陣結構
圖4 穿插編織技術製備的多層八面體點陣結構
圖5 原位成形樣機
2）分析了復合材料點陣結構製造技術中的關鍵工藝
模具的設計與應用
復合材料點陣結構成形模具的材料與結構具有多種形式，為點陣構件的製造提供了多種多樣的手段與方法。常見模具主要有組合模具、消失模模具以及功能模具。其中，組合模具常見於模壓成形工藝中，模具結構設計時需要綜合考慮點陣幾何特點、成形壓力以及溫度場分布等因素，同時需要具有便於拆卸-組裝、受熱不變形以及表面光潔等特點；消失模在應用時無需進行複雜的脫模工作，常由鹽塊、蠟塊製成，通過水流或加熱等方式即可完成脫模；功能性模具是指不需要脫模工藝，與結構一體成形後留在結構中實現部分功能的模具，常採用泡沫材料製成。
圖6 利用消失模製備的複雜拓撲特徵點陣結構
機械加工工藝
復合材料具有非均質和各向異性的特徵，是典型的難加工材料。機械加工時，既需要保證高強度纖維有效切斷，又需要避免相對強度較低的樹脂發生難以控制的開裂損傷[80]。在復合材料點陣組裝成形技術中，機械加工工藝是必不可少的一環，常見的機械加工方式有：水切割、雷射切割以及數控切割。
圖7 (a) 水切割 (b) CNC技術
連接工藝
如何保證面芯之間、芯體之間可靠連接進而發揮結構整體性能的優勢，是決定復合材料點陣結構能否走向成功應用的關鍵性因素之一。面板與芯體在連接時沒有固定的工藝，常常根據幾何結構、材料屬性以及芯體成形技術的不同而靈活選擇連接工藝，主要有粘接/焊接與一體成形兩條技術路線，芯體之間則常用嵌鎖組裝的工藝相連接。
圖8 膠粘與熔融粘接工藝流程對比
3）分析了復合材料點陣結構製造技術中存在的問題
成形理論缺失
目前的大部分研究工作均集中在成形方法上，缺乏對成形理論的進一步剖析，從而造成製備技術無法進一步優化與創新
成形誤差與缺陷分析
目前的研究工作中雖然已經關注到了工藝可能帶來的誤差與缺陷，但是卻缺少二者形成原因與工藝參數影響規律的研究，無法進一步分析結構受誤差影響的性能形成規律。
成形效率低、成本高
復合材料點陣結構成形技術研究多集中在實驗室樣件試製層面，由於受到場地、設備以及人工等方面的局限，致使當前製備技術仍然未走向實際工程應用。
/ 研究展望
1）成形理論的建立與完善
成形理論是製造技術的基礎。立足復合材料點陣結構的幾何與材料特點，基於成形機理分析，建立傳熱、傳壓以及應力變形等描述成形工藝的各種物理、化學模型與數學模型，在試驗分析的基礎上結合計算機模擬分析，掌握整體溫度、壓力、固化度等重要參數的變化規律，進而評估製造工藝的可行性與價值，針對不同工藝開展成形理論研究將是重要發展方向之一。
2）成形誤差與缺陷的研究工作
面向具體製造技術，分析誤差、缺陷形成規律與分布特徵，進一步分析其對結構性能影響機制；建立各工藝環節與宏觀性能關鍵參數的敏度關係，發展面向性能形成的非線性公差分配與缺陷評價方法。
3）開發高效、低成本製造技術
在現有工作基礎上繼續優化、創新成形原理，開展低成本、操作簡單、高效的規範化製造工藝的研究，建立規範、可評價的標準化工藝流程；將先進復合材料、先進成形工藝代入到復合材料點陣結構的現有製造技術中來，提高製造效率，例如將雷射焊接等加工工藝用於面/芯連接等；開發點陣成形專用裝備，形成復合材料點陣結構高效、低成本的製造技術。
4）發展復合材料點陣結構智能製造技術
復合材料點陣結構在宏細觀復合特徵影響下，成形質量所受影響因素眾多，涉及固化問題複雜。若能基於工藝過程在線監測技術以及復合材料成形在線缺陷監測技術，開展點陣結構大規模缺陷快速檢測，圍繞缺陷大數據統計分析與深度挖掘，實現自動實時監測整體成形過程並自動調整工藝參數達到最佳，從而建立完善的復合材料點陣結構智能製造技術，這將具有重要的應用價值。
5）發展材料-結構-功能一體化的高性能製造技術
在設計源頭考慮製造技術特點，與拓撲優化等先進設計手段相結合，建立面向性能的材料、幾何與工藝的協同方法，積極探索材料適應度寬、抑制缺陷能力強、結構成形精度高、多材料復合成形性能好的材料-結構-功能一體化的新工藝與新技術，這將是實現復合材料點陣結構高性能製造並走向工程應用的必然選擇。
原論文：
韓劍,孫士勇,牛斌,楊睿,吳東江. 樹脂基復合材料點陣結構的製造技術研究進展[J]. 航空學報, 2023, 44(9): 628255.