复合材料·扩大复合材料应用亟需智能化制造装备

“现在我国已经开发出了多种型号规格的碳纤维复合材料，甚至部分实现了低成本的国产化。但是，要把这些碳纤维原材料制备成高端设备上使用的零部件，需要研发出更多的面向复合材料零部件制造的自动化数字化智能化的成形装备，如自动化数字化铺放设备、自动化数字化三维编制设备，这类设备一些依然是目前需要国内急需突破的短板技术。”在近日召开的复合材料技术与装备发展国际高端论坛暨智能成形制造技术与装备国际会议上，中国工程院院士、南京航空航天大学校长单忠德指出。

20世纪70年代起，国内开始了复合材料的相关研究，并在基础研究和实际应用研究方面取得了显著的进步和成果。但在国际上，诸如纤维复合材料自动化编织装备等依然对我国实行了技术封锁。

“先进复合材料制造技术与装备是先进制造的重要代表之一，一些大型碳纤维复合材料零部件的三维预制体还主要依靠人工和机械化、半自动化制造，三维编制复合材料构件成形制造装备在自动化、数字化、智能化上有很大发展空间，在基础理论方法、关键工艺技术和系统装备方面还需要创新攻关。”单忠德表示。

中国科学院院士闫楚良指出，自动化生产技术已经成为复合材料结构的主要制造工艺，其中包括自动筋条铺叠、自动铺带、自动铺丝等，但我国在复合材料结构制造技术相对落后。

“一代材料，一代工艺，一代装备”，这是材料领域耳熟能详的一句话。在复合材料应用广泛的航空航天领域，更需要复合材料零部件制造到装备研制的系列突破。

闫楚良表示，目前民用飞机上ARJ21支线客机的复合材料为5%，C919复合材料用量达到12.5%，相比发达国家，我国碳纤维及其复合材料目前在航空航天领域的应用占比仍然偏小。

不仅如此，航空航天领域复合材料树脂技术依然落后，“热塑性树脂复合材料适合于自动化生产，可以缩短生产周期，并可以循环使用，国外已将高温树脂基复合材料用于飞机上的高温部位，而国内基本没有看到应用”。闫楚良说。

此外，闫楚良还指出国内复合材料废料大多数采用粉碎再利用或直接焚烧处理，大部分由建材行业控制，航空航天产业没有相应的回收技术，而美国波音公司建立了复合材料循环利用工厂，已经开始运营。

在闫楚良看来，我国复合材料的应用不仅是设计理念、设计方法和手段上的差距，还有应用规模与水平的差距、材料基础研究和配套、制造手段、工艺设备的差距，但这种局面将随着我国飞机设计水平不断提升还会发生重大改变。

如何才能更好地实现复合材料技术与装备的自主可控以及技术领先？单忠德表示，复合材料技术与装备是国家重要的前沿研究领域，在航空航天、轨道交通、汽车等领域应用前景广阔，市场需求量大。要想实现更好实现先进复合材料技术与装备的自主可控，更需要国家加大投入支持创新研发，汇聚高校、科研院所、企业等科研力量，构建创新联合体和创新共同体进行联合攻关，从“点的突破”到“系统性攻关”，实现高性能、高质量的高端成形制造装备自主可控，未来进一步能够提升国际竞争力，走向引领性的、更前沿的探索。

“在深入研究复合材料技术体系的基础上，要制定国家复合材料产业发展政策，建立复合材料发展智库，定期发布国内外先进复合材料技术现状与市场信息，为相关产业健康发展护航。同时发挥行业协会与学会的信息、专家、技术平台等优势，加强先进复合材料产业技术培训与职业提升教育，保证产业从业人员的活力，发挥国家科研体制的优势，加强产业联合，促进先进复合材料技术的协同创新。”闫楚良说。

据了解，复合材料技术与装备发展国际高端论坛暨智能成形制造技术与装备国际会议由中国工程院主办，中国工程院机械与运载工程学部、南京航空航天大学等单位承办，旨在针对国家前沿重点、难点与热点问题，为相关领域的中外顶级专家搭建高水平、高层次的交流平台，以期通过研讨，进一步认识和把握工程科技发展的方向，引领未来工程科技的发展。本次会议共有27位院士以及来自7个国家的专家学者共同探讨航空航天、轨道交通等领域，对复合材料技术与装备、智能成形制造技术与装备新的需求，交流最新研究成果和进展。

来源：科学网

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