2.2.2 三維編織工藝國外頭部企業(yè)
（1）法國斯彼樂公司—全球領(lǐng)先的全自動三維編織機(jī) 德國Filacon系列專業(yè)的纖維/線纜鋪縫設(shè)備，從第一臺鋪縫設(shè)備的研發(fā)成功到目前已有近30年的歷史，提供世界一流技術(shù)的成熟完備的纖維/線纜鋪縫設(shè)備，鋪縫角度0-360度，鋪縫厚度可達(dá)10mm，廣泛用于航空、航天、船舶、汽車、醫(yī)療等各大領(lǐng)域。自去年始，公司推出了最新研發(fā)的設(shè)備：黏合纖維鋪放設(shè)備，用于黏合纖維在兩維平面上的鋪放。 法國斯彼樂對于編織機(jī)的制造有著百余年的歷史和經(jīng)驗，擁有全球技術(shù)領(lǐng)先水平，尤其是用于編織高科技的玻纖、碳纖、凱夫拉纖維、有機(jī)纖維、SiC纖維等的二維、2.5維及3維設(shè)備，擁有豐富的設(shè)計、制造經(jīng)驗以及完美實現(xiàn)用戶理念的團(tuán)隊，其專利設(shè)備3-D編織機(jī)，徹底地解決了制件的層間分層問題。
圖7 法國斯彼樂編織機(jī)設(shè)備
法國編織機(jī)的全部規(guī)格都可實現(xiàn)CNC全自動編程控制，并可配備三維立體機(jī)器人作為牽引裝置，處于全球技術(shù)領(lǐng)先地位。能夠編織各種纖維，如碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維等等。尤其是該公司的專利技術(shù)制造的三維編織機(jī)，在一個編織過程中實現(xiàn)多層編織結(jié)構(gòu)，且層與層之間相互交錯鏈接，不僅提高了制件的力學(xué)性能還徹底解決了編織件層間分層的問題。
GKN Aerospace是全球領(lǐng)先的航空航天工程公司，專注于飛機(jī)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的研發(fā)和制造。在三維編織技術(shù)方面，GKN Aerospace開發(fā)了多種高性能的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，用于飛機(jī)的機(jī)身、機(jī)翼和其他關(guān)鍵部件。該公司的三維編織技術(shù)能夠提供輕質(zhì)、高強(qiáng)度和耐損傷的材料，顯著提高了飛機(jī)的性能和安全性。
圖8 GKN Aerospace工廠
（3）Premium AEROTEC
Premium AEROTEC是德國的一家主要從事航空航天結(jié)構(gòu)制造的公司，為全球的飛機(jī)制造商提供服務(wù)。Premium AEROTEC在三維編織技術(shù)方面擁有先進(jìn)的能力，能夠生產(chǎn)復(fù)雜的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，如飛機(jī)的機(jī)身段、機(jī)翼和尾翼。該公司的三維編織工藝能夠?qū)崿F(xiàn)材料的一體化制造，減少了組裝和連接的需求，提高了結(jié)構(gòu)的完整性和可靠性。
圖9 Premium AEROTEC產(chǎn)品
（4）賽峰集團(tuán)SAFRAN
賽峰集團(tuán)是世界一流的航空發(fā)動機(jī)和設(shè)備制造商，為客戶提供高科技解決方案，用于民用及軍用市場的飛機(jī)、直升機(jī)、導(dǎo)彈、航天推進(jìn)器及其設(shè)備。賽峰集團(tuán)在全世界設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售航空推進(jìn)系統(tǒng)及設(shè)備，并為其提供維修和大修服務(wù)。賽峰集團(tuán)單獨或通過與其它公司合作，參與了世界上許多大型航空航天項目。 賽峰設(shè)計和開發(fā)的 3D 編織復(fù)合材料技術(shù)使我們能夠制造更堅固且更輕的零件。這是一項重大創(chuàng)新，在提高新型 LEAP 商用飛機(jī)發(fā)動機(jī)的性能方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，其燃料消耗比前代減少 15％。使用 3D 編織復(fù)合材料和樹脂傳遞成型 (RTM) 工藝制造新的 LEAP 發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇葉片和外殼，延續(xù)了這種有數(shù)百年歷史的編織工藝。
圖10 賽峰集團(tuán)科技人員
2.2 三維編織工藝國內(nèi)發(fā)展
2.2.1 三維編織工藝國內(nèi)發(fā)展歷程 20世紀(jì)80-90年代中國開始關(guān)注和引進(jìn)國外的三維編織技術(shù)，主要通過與國外研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)的合作，學(xué)習(xí)相關(guān)的技術(shù)和設(shè)備。這一時期，中國的研究機(jī)構(gòu)和高校開始進(jìn)行三維編織技術(shù)的初步研究和實驗。21世紀(jì)初隨著對三維編織技術(shù)的深入理解，中國開始進(jìn)行自主研發(fā)，逐步掌握了核心技術(shù)和工藝。中國的一些高校和研究機(jī)構(gòu)，如天津工業(yè)大學(xué)、東華大學(xué)等，在這一領(lǐng)域取得了顯著的研究成果。近年來中國在三維編織技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用方面取得了突破，開始在航空航天、汽車、體育用品等行業(yè)推廣應(yīng)用。2.2.2 三維編織工藝國內(nèi)頭部企業(yè)
本公司專業(yè)從事三維編織機(jī)設(shè)計制造、三維編織預(yù)成形體及其復(fù)合材料設(shè)計制備以及相關(guān)技術(shù)服務(wù)。其中旋轉(zhuǎn)法三維編織機(jī)克服了以往三維編織復(fù)合材料制作效率低的障礙，在自動化生產(chǎn)工藝、批量制備、生產(chǎn)成本、預(yù)成形件尺寸及其復(fù)材性能穩(wěn)定性等方面具有比較優(yōu)勢，可編織三維四向、五向和多向預(yù)成形件。擁有三維旋轉(zhuǎn)編織機(jī)等多項專利，并通過ISO9001質(zhì)量管理體系認(rèn)證。
圖11 柏瑞鼎公司
提供矩形三維編織平臺和圓型三維編織平臺兩類三維編織平臺；
提供三維編織復(fù)合材料相關(guān)服務(wù)，包括三維編織預(yù)成形體及復(fù)合材料制件； 三維編織工藝設(shè)計、復(fù)合材料力學(xué)性能仿真、整體結(jié)構(gòu)件力學(xué)分析與優(yōu)化設(shè)計等。 中國紡織科學(xué)研究院有限公司，建于1956年，是我國紡織行業(yè)最大的綜合性科研院所和紡織高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地，是“國家合成纖維工程技術(shù)研究中心”、“纖維基復(fù)合材料國家工程研究中心”、“生物源纖維制造技術(shù)國家重點實驗室”的依托單位，是科技部試點聯(lián)盟“化纖產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”的牽頭單位之一，擁有紡織行業(yè)生產(chǎn)力促進(jìn)中心、紡織工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所、國家紡織制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心、國家紡織計量站等行業(yè)重要公共服務(wù)資源。 用技術(shù)中國紡織科學(xué)研究院有限公司（以下簡稱“中紡院”）通過十年持續(xù)攻關(guān)，研制出了一種結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠且能夠控制任意攜紗器運(yùn)行路徑、可大型化或超大型化擴(kuò)展的三維編織設(shè)備。通過對編織紗線運(yùn)行路徑的控制，實現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)件和變截面預(yù)制件的自動編織，可按需要設(shè)定紗線的交織方式獲得特定內(nèi)部結(jié)構(gòu)的預(yù)制件，從而實現(xiàn)了三維自動編織設(shè)備的機(jī)械化、自動化及批量化生產(chǎn)。
圖12 三維編織產(chǎn)品
（3）天津工業(yè)大學(xué)復(fù)合材料研究院
天津工業(yè)大學(xué)復(fù)合材料研究所成立于1989年，是國內(nèi)最早開展三維編織技術(shù)研究的單位，主要從事新型立體增強(qiáng)織物和先進(jìn)紡織復(fù)合材料的研究開發(fā)。三維編織物中，每根紗線都通過織物的長、寬、厚方向，多根紗線相互交錯形成不分層的三維整體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有五向、六向、七向、隱層等多種變化形式以適應(yīng)不同需要。
圖13 天津工業(yè)大學(xué)復(fù)合材料編織能力介紹1
三維機(jī)織是將多層經(jīng)紗和緯紗相互聯(lián)結(jié)形成立體織物的技術(shù)。三維機(jī)織物具有結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活、層間性能好、異形近凈預(yù)制成型等優(yōu)點，易于制備高厚重織物和大尺寸回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)。
圖13 天津工業(yè)大學(xué)復(fù)合材料編織能力介紹2
（4）云路復(fù)合材料(上海）有限公司&東華大學(xué)
云路復(fù)合材料（上海）有限公司（簡稱“云路復(fù)材“）是一家以三維編織智能裝備及高性能纖維復(fù)合材料的研發(fā)及生產(chǎn)為主營業(yè)務(wù)的高科技公司。自主研發(fā)的三維編織智能裝備核心技術(shù)突破了歐美強(qiáng)國的技術(shù)封鎖，十余年來已創(chuàng)新升級至第三代，逐步實現(xiàn)了“卡脖子”高端智能裝備的進(jìn)口替代和升級換代，三代技術(shù)均處于世界先進(jìn)、領(lǐng)先水平。 10年前，東華大學(xué)相關(guān)團(tuán)隊?wèi){借三維編織技術(shù)榮獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎。當(dāng)年，該團(tuán)隊已成功在產(chǎn)線上用三維編織技術(shù)制出碳纖維預(yù)制件。為此，云路復(fù)材向東華大學(xué)定向發(fā)起技術(shù)需求，希望研發(fā)一體成型工藝，讓飛機(jī)隔框用上復(fù)合材料。經(jīng)團(tuán)隊測算，如果實現(xiàn)飛機(jī)隔框及其他構(gòu)件的材料替代，國產(chǎn)飛機(jī)的復(fù)合材料使用率將有望從不到20%增至50%以上，使飛機(jī)部件更輕盈堅固。 現(xiàn)云路復(fù)材擁有多項發(fā)明專利、實用新型專利等自主知識產(chǎn)權(quán)。核心技術(shù)具有全自動、高精密、高智能、可復(fù)合、一次成型、大尺寸、高穩(wěn)定、高可靠等優(yōu)點，可適應(yīng)不同外形結(jié)構(gòu)、尺寸規(guī)格和性能級別纖維預(yù)制體的編織要求，多年來已成功配套航空、航天等領(lǐng)域多個重點型號產(chǎn)品的研制和量產(chǎn)，目前服務(wù)范圍已拓展至空天飛行器、警用裝備、軌道交通車輛、光伏熱場裝備、汽車零件、工程機(jī)械、城市管網(wǎng)、體育休閑產(chǎn)品等領(lǐng)域。
圖14 云路復(fù)材編織設(shè)備
3 三維編織工藝應(yīng)用領(lǐng)域
飛輪電池(又稱機(jī)械電池或飛輪儲能系統(tǒng))是由飛輪、磁懸浮軸承、高速外轉(zhuǎn)子式電動機(jī)/發(fā)電機(jī)、高度真空的箱體等部件組成的高新技術(shù)產(chǎn)品。由于飛輪采用高 強(qiáng)度的碳纖維復(fù)合材料，可實現(xiàn)極高的轉(zhuǎn)速(其線速度可超1000m/s)，而其回轉(zhuǎn)的摩擦損耗、風(fēng)阻力損耗極低，從而使飛輪電池具有很高的能量密度(可高達(dá)80 W·h/lb)。其中飛輪是飛輪電池的核心部件，采用三維編織技術(shù)一體成型，應(yīng)用于電力系統(tǒng)中電力調(diào)峰的儲能裝置。 預(yù)制體是碳/碳復(fù)合材料的骨架，其成型工藝是碳/碳復(fù)合材料最重要的基礎(chǔ)技術(shù)之一，決定著碳/碳復(fù)合材料的性能。現(xiàn)在主流的碳/碳復(fù)合材料預(yù)制體成型工藝是針刺技術(shù)，制件屬于2.5D織物。隨著行業(yè)的發(fā)展，碳/碳復(fù)合材料需要更先進(jìn)的預(yù)制體（3D織物），而突破傳統(tǒng)復(fù)材工藝固有缺陷的三維編織技術(shù)，在國外已應(yīng)用多年。 與傳統(tǒng)工藝制備的坩堝預(yù)制體相比，三維編織工藝制備的碳/碳復(fù)合材料坩堝預(yù)制體具有更高的密度（0.7-0.8 g/cm3），改善了預(yù)制體在后續(xù)碳化過程中的質(zhì)量損失與體積收縮現(xiàn)象。此外，由于三維編織工藝采用連續(xù)一體化智能成型生產(chǎn)，生產(chǎn)效率較傳統(tǒng)工藝可提升20%至30%。
圖15 碳碳復(fù)材坩堝