複合材料零件設計與製造

複合材料製造與傳統製造有一些主要的不同之處。複合材料製造會在樹脂基底內嵌入多層不同的材料，例如聚合物、金屬、陶瓷和碳纖維，以打造具備某種特性的材料。而傳統製造則通常只會使用單一材料進行塑形、切削或成型，打造出所需的產品。此外，這兩種製造方式在材質成份、材料屬性、處理技術、設計彈性、強度/重量比、成本和生產率方面也有所不同。

「複合材料設計」是指組合兩種以上不同屬性的材料，以打造出具備某種效能特性的工程材料。這些元素通常包括一層強化層 (例如纖維或粒子) 和一層基底 (通常是聚合物或樹脂)。複合材料以特別優越的強度/重量比、抗腐蝕能力和量身打造的機械屬性而聞名，在許多產業中不可或缺，包括航太、汽車、能源及體育器材。設計師可以策略性選用材料並安排組合方式，藉以打造具備自訂屬性的複合材料，加強結構一致性並減輕重量；這些都是現代工程和產品開發中的重要需求。複合材料能讓設計師開拓新的創新領域，並充分提高效率。

「複合材料製造」是定義複合材料零件詳細製造指示的流程，包括產生核心、個別平摺層、轉換、懸垂和層切特徵。CDMA 支援以上所有特徵，此外還支援完全整合到 Creo 設計環境中的摺疊書籍自動產生功能。透過這種方式，就能精準控制材料屬性，打造出堅固耐用、多元化的產品。

複合材料的選用，取決於特定應用情境和所需的屬性，例如強度、重量、耐用度和環境考量。由於複合材料具備多元用途，因此在從航太和汽車到建築與體育器材等產業，都非常受重視。

• 碳纖維：多半由碳原子製成的細纖維所組成的高強度輕量材料。這種纖維會嵌入聚合物基底中，用於製造複合材料。碳纖維複合材料以特別優越的強度/重量比而聞名，因此非常適合著重於剛性和輕量的用途，例如航太、汽車和體育器材。
• 克維拉纖維：由杜邦公司開發的一種合成芳綸纖維，以絕佳的強度和耐熱性而聞名。克維拉纖維通常用於著重高抗張強度、耐磨性和耐衝擊性的用途，包括護身盔甲、防彈背心、手套和各種護具。
• 玻璃纖維：由嵌入聚合物基底 (通常是環氧樹脂或聚酯樹脂) 的細玻璃纖維製成的複合材料。這種纖維因高強度、輕量和抗腐蝕的特質而受到重視。由於玻璃纖維具備多元用途和成本效益，因此通常用於建築、造船、汽車零件和多種消費性產品中。

Creo Simulation 使用者可以查看設計階段中所建立複合材料零件的質量屬性，並對這些複雜零件執行結構分析，同時考量每層折疊的材料特性與方向，以確保最終零件符合工程需求。使用者可以運用這套軟體的懸垂模擬功能分析摺疊的生產可行性，並建立摺疊平坦模式。

複合材料因可滿足特定需求的特性而受到重視，在許多產業中是具備多種用途的選擇，而傳統材料的效能、重量或耐用度無法匹敵。美國複合材料製造協會 (ACMA) 的報告中指出，風電是最大量使用複合材料的產業 (25%)，其次依序是航太 (20%)、體育/娛樂用品 (10-12%)、汽車 (10-12%)、射出成型塑膠合成物 (5-8%)、壓力容器 (5-8%)，以及建築和基礎建設 (5-8%)。其他市場區隔的複合材料用量約佔 15%，而且隨著應用範圍的增加而持續提升。

複合材料製造流程可分為三種，分別是開模成型、封模成型和鑄造聚合物成型，各有其優點：

• 開模成型通常是一種廉價的複合材料製造方法，因此可用於製作原型或小規模生產。在開模成形中，含有樹脂和纖維強化材料的複合材料會放進模具並暴露在環境下，並漸漸固化和硬化。
• 在封模成型中，所製造的複合材料通常使用真空袋或雙面模具隔絕外部環境。封模成型使製造商能夠快速、一致地製造高品質的零件，而且曲面精度更高。因此，封模成型適用於大規模生產，或者製造兩面都必須光滑的零件。Creo CDM/CDMA 非常適合用於進階複合材料結構設計，可從複合材料層提供精確的實體幾何表示，並建立關聯式製造參照模型。
• 在鑄造聚合物成型中，會將樹脂和填充物的混合物 (通常沒有纖維強化材料) 倒入模具，然後等候硬化。鑄造聚合物旨在滿足最終設計的特定強度需求，可以設計為任何尺寸或形狀。