無人機(jī)上復(fù)合材料的使用比例基本是所有航空器中最高的，像X-45C、X-47B、“神經(jīng)元”、“雷神”上都運(yùn)用了90%的復(fù)合材料。面對如此大的用量以及未來潛在的高使用量，就迫切需要開發(fā)高效、低成本的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造技術(shù)，來滿足項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)可承受性要求。這些需求具體來說，包括：在預(yù)浸料成形方面，使用機(jī)器人來代替笨重的機(jī)床進(jìn)行鋪放，以及采用各種無需熱壓罐的低成本、高效固化方式；在干纖維成形方面，按照液體成形方式設(shè)計(jì)大型整體結(jié)構(gòu)件，并改善制造工藝，甚至開發(fā)革命性的增材制造方法，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)外形；在制造工裝方面，降低金屬工裝成本、提升復(fù)合材料工裝性能、開發(fā)高效自加熱工裝。

機(jī)器人鋪放

自從復(fù)合材料自動鋪帶和自動絲束鋪放首次變成可行生產(chǎn)工藝以來，機(jī)床供應(yīng)商通常為大型飛機(jī)設(shè)計(jì)和制造大型且昂貴的機(jī)床，不過近年來情況有所轉(zhuǎn)變，機(jī)床供應(yīng)商開始開發(fā)較小型且更經(jīng)濟(jì)的機(jī)床，以應(yīng)對更廣泛的需求。特別是在自動絲束鋪放方面，利用商用機(jī)器人作為小尺寸復(fù)合材料鋪絲設(shè)備的平臺正在成為機(jī)床供應(yīng)商的基本做法。 

預(yù)計(jì)未來幾年各種配置和尺寸的自動鋪絲機(jī)床將出現(xiàn)，機(jī)器人平臺將用于更多的復(fù)合材料鋪絲系統(tǒng)。機(jī)器人平臺與復(fù)合材料絲束鋪放技術(shù)相結(jié)合被證明是非常成功的，復(fù)合材料鋪絲設(shè)備品種的擴(kuò)展意味著更小的復(fù)合材料車間可根據(jù)他們所需的尺寸和價格選用自動鋪設(shè)備。最終，復(fù)合材料自動鋪絲設(shè)備將像在金屬加工業(yè)中的5坐標(biāo)CNC機(jī)床一樣，將成為復(fù)合材料工業(yè)的常態(tài)。對于尺寸外形和采購數(shù)量各異的無人機(jī)平臺來說，這類機(jī)器人鋪放工藝及裝備的開發(fā)，將顯著降低復(fù)合材料機(jī)體的制造生產(chǎn)成本。

非熱壓罐制造

由于無人機(jī)造價相對較低、尺寸相對較小，因此更加重視復(fù)合材料構(gòu)件的低成本成形，非熱壓罐制造是無人機(jī)制造技術(shù)開發(fā)中的重點(diǎn)之一。而且，隨著F-35戰(zhàn)斗機(jī)、先進(jìn)復(fù)合材料貨運(yùn)飛機(jī)以及民用飛機(jī)上很多復(fù)合材料部件非熱壓罐制造技術(shù)的驗(yàn)證工作取得進(jìn)展，未來的無人機(jī)必將大量采用類似的技術(shù)來制造復(fù)合材料構(gòu)件，降低生產(chǎn)成本。在這個方面，預(yù)浸料真空袋固化工藝以及干纖維液體成形工藝一直是研發(fā)的重點(diǎn)，而且還發(fā)展出了一些創(chuàng)新的工藝，比如革命性的復(fù)合材料增材制造工藝。

（1）預(yù)浸料真空袋固化工藝

航空復(fù)合材料零件采用真空袋的非熱壓罐制造并不是新技術(shù)，次承力構(gòu)件（襟翼及整流罩等類似結(jié)構(gòu)件）的真空袋壓預(yù)浸料法由于具有獨(dú)特優(yōu)勢而引起無人機(jī)制造商格外的興趣。

上世紀(jì)90年代中期，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）和國防預(yù)先研究計(jì)劃局（DARPA）就開始在復(fù)合材料經(jīng)濟(jì)可承受計(jì)劃（CAI）中關(guān)注預(yù)浸料真空袋固化。第一代非熱壓罐（OOA）真空袋（VOB）預(yù)浸料，典型的如英國先進(jìn)復(fù)合材料集團(tuán)（ACG）的LTM系列，如LTM45EL，用在了多款無人機(jī)上，如DARPA/洛馬的“暗星”、波音X-45A、諾格X-47A等。然而，由于在較低溫度和真空壓力下固化，成本較低，但是力學(xué)性能不足，而且生產(chǎn)時間較長。

2005～2006年時，兩種非熱壓罐預(yù)浸料體系，ACG的MTM45以及Cytec工程材料公司的CYCOM 5215的力學(xué)性能已經(jīng)接近熱壓罐固化預(yù)浸料。這兩種非熱壓罐預(yù)浸料具有可變的固化時間，在66～79℃時較長，但在121℃時只需2小時。此外，在350℃的獨(dú)立后固化后，濕玻璃化溫度（Tg）可超過150℃。這兩種材料體系實(shí)現(xiàn)了DARPA所要求的小于1%孔隙率要求，但是10～12天粘性壽命和最多21天的開模壽命不符合美國空軍和DARPA要求，因?yàn)榇笮蛷?fù)雜結(jié)構(gòu)件需要最少3～4周鋪貼和袋壓。為此，ACG和Cytec公司分別開發(fā)了XMTM-47和CYCOM 5320-1，目標(biāo)是比21天更長的粘性和至少30天的開模壽命。

2007年，美國國防部突破性制造技術(shù)創(chuàng)新計(jì)劃啟動，非熱壓罐制造技術(shù)是5個核心領(lǐng)域之一。DARPA、波音公司聯(lián)合AFRL實(shí)施啟動非熱壓罐計(jì)劃，建立了開發(fā)OOA體系的目標(biāo)，即提供當(dāng)時熱壓罐固化質(zhì)量水平的環(huán)氧材料。為此，ACG開發(fā)了MTM45-1、MTM-44和MTM-46，Cytec開發(fā)了CYCOM X5320。波音公司評估了三種試驗(yàn)樹脂配方，并選擇了X5320進(jìn)行商業(yè)化。之后，各種驗(yàn)證件被制造并進(jìn)行有限的無損和解剖評估。HITCO碳復(fù)合材料公司制造了一個3.65米×4.57米的帽形帶加強(qiáng)筋蒙皮的主結(jié)構(gòu)驗(yàn)證件；極光飛行科學(xué)公司制造了11.6米長的無人機(jī)翼梁，以及為“鬼眼”無人機(jī)驗(yàn)證機(jī)制造的三部分組成的機(jī)翼，長45.7米；波音制造了“鬼眼”驗(yàn)證機(jī)的尾梁和尾翼縮比件，還草擬了碳預(yù)浸料的材料規(guī)范和工藝規(guī)范。