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2024-07-08 | 科技島

從智慧型手機到導彈 材料的新時代即將來臨



從智慧型手機到導彈 材料的新時代即將來臨


人類歷史上新材料的出現屈指可數,包括了陶瓷、鋼鐵和塑膠,而每一個新材料的誕生都帶給人們生活更多的便利性,眼下正處於下一個新材料時代的關鍵發展時點,即複合材料。


編譯/高晟鈞




人類歷史上新材料的出現屈指可數,包括了陶瓷、鋼鐵和塑膠,而每一個新材料的誕生都帶給人們生活更多的便利性,眼下正處於下一個新材料時代的關鍵發展時點,即複合材料





從智慧型手機到導彈 材料的新時代即將來臨
人類歷史上新材料的出現屈指可數,包括了陶瓷、鋼鐵和塑膠,而每一個新材料的誕生都帶給人們生活更多的便利性。(示意圖/123RF)



複合材料是什麼?




複合材料最早可以追溯到美索布達米亞的兩河文明時期,直至今日,複合材料的製造過程依舊屬於勞動密集型工業,因此造價昂貴,更多被用於像是賽車、航空、軍事等特殊領域中。




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複合材料是以各種纖維的混合體,嵌入各種塑膠當中。複合材料能夠達到與高強度金屬零件一樣出色的性能,而重量可能僅是金屬的一小部分。複合材料是現代噴射客機、風力渦輪如此節能的原因,倘若沒有複合材料,整個風力產業很可能不復存在。




現代複合材料以20世紀初期的電木為開端,經過將近30年的穩定推進,現今使用碳纖維加工智慧型手機、風力渦輪、波音747和導彈的自動化工藝已經趨於成熟。




複合材料自動化製程




與3D列印等其他開創性製造技術一樣,將複合材料引入主流更多的是進化過程,而不是革命性過程。現在,從波音公司,再到9T Labs、Arris等公司都致力於開發複合材料的生產技術,試圖消除高密集勞動力需求的製造過程,並使其像製造金屬、塑膠零件一樣自動化。




為了實現這種自動化水平,Arris 和 9T Labs 等公司使用的製造流程與飛機和風力渦輪機製造商使用的製造流程有很大不同。Arris 採用類似於金屬絲彎曲的工藝來塑造碳纖維,透過將成形纖維放入樹脂,待其成形後再放入客製化模具中,施加熱量和壓力以進一步壓縮、成形和強化零件。9T Labs也使用類似的工藝,但使用「增材製造」(類似於3D列印)將碳纖維窄條鋪設成特定形狀,再以類似於Arris工藝的方式將其成型。




複合材料的瓶頸




木材可謂是最早的複合材料,是由通過其他物質黏合在一起的長短纖維組成。木材重量輕、強度高,可以承受壓力與張力,並且容易加工成其他形式。然而,不論是木材或是複合材料,都難以突破「耐久度」的瓶頸。現在,Arris的複合材料螺栓已經通過耐久性能的測試,並可能成為日後製造飛機鈦螺栓的替代品。




更進一步說,有一天可能能夠購買由複合材料而不是金屬製成的智慧型手機,甚至汽車。然而沒有東西是完美無缺的,一如金屬並非是特定應用中最強、最好或最輕的材料,卻依舊統治著現今的電子產品世界。




資料來源:WSJ.com



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