為了滿足日益增長的碳纖維復合材料無人機(UAV) 螺旋槳需求，來自捷克布爾諾的Mejzlik Propellers公司新增了模壓成型功能，并配備了快速固化環氧預浸料。該工藝將每個螺旋槳的固化周期縮短至 7-10 分鐘，而濕法鋪層或烘箱固化工藝則需要 8-10 小時。

Mejzlik 是一家專注于生產碳纖維增強聚合物 (CFRP) 無人機螺旋槳的制造商。他們預計未來無人機和城市空中交通(UAM) 市場的需求將不斷增長，因此于 2024 年安裝了一條新的壓縮成型生產線，旨在大幅提高產量以及零件生產的質量和一致性。

預浸料壓縮成型，實現更高速率制造

Mejzlik 的預浸料壓縮成型生產線經過了大約 3 年的開發，該生產線于 2024 年 1 月上線。

在兩年前，公司還沒遇到每月需要幾百個螺旋槳的客戶。如今，有些客戶每月、甚至每周就需要幾百個螺旋槳，有了這條新生產線，現在Mejzlik 終于能滿足這樣的需求了。

關于壓縮成型工藝，復合材料工程師Michal Grunt解釋稱主要分為三個步驟：鋪層、預制件準備和固化。

步驟1：切割鋪層

與濕法鋪層類似，Mejzlik先在瑞士阿爾特施泰滕 (Altst?tten) 的Zünd 數控切割機上切割預浸料層。公司使用的是增強型快速固化環氧碳纖維預浸料。“我們需要部件能夠快速固化，并且能從高溫模具中輕松脫模。”Grunt 說。

步驟1.首先在 CNC 切割機上切割干碳纖維或預浸料。

步驟2：預制件準備

根據螺旋槳的設計，機加工車間加工PMI 泡沫芯。每個螺旋槳由上下兩個預制件組成，將切割好的預浸料層鋪設在 CNC 加工的 PMI 泡沫芯、加強梁或金屬軸承（用于連接輪轂或局部加固）上，再放入公司自制的硅膠模具中。

Grunt 解釋道：“我們批量鋪層同類型的螺旋槳，不會立即固化，因此需要使用單獨的預制模具。挑戰在于預浸料不能完全粘在模具上。而這就是選擇硅膠的原因。”

關于金屬與復合材料的組合，Grunt 補充道：“金屬和碳纖維的混合存在電化學腐蝕風險。我們精選了航空級鋁等材料，并進行特殊表面處理，使其與碳纖維絕緣，避免形成電橋。”

步驟2.根據螺旋槳的設計，在機械車間加工PMI 泡沫芯。

步驟3：真空壓實

鋪層后，對齊上下兩部分，并用真空袋進行壓實，以確保各層材料固結、空氣完全排出。預制件隨后可以直接轉移至壓機中，或冷凍保存以待使用。

步驟3. 將預制件放置在硅膠模具上，并在真空條件下進行壓實。預制件可以直接轉移到壓機或冷凍保存。 

步驟4：熱壓固化

將預制件從硅膠模具中取出后，放入安裝在三臺意大利Meccatronica電動壓機上的鋁模中，利用專用夾具精確定位。隨后模具閉合，在高溫高壓真空條件下固化。

Grunt 表示：“我們采用兩步閉模工藝，精準控制環氧樹脂的粘度下降時機，以便更好地固結鋪層并排氣。”

這些模具是公司三年研發的成果，“我們每一副模具都會做一些優化。最近我們在模具中集成了真空通道，進一步提高了層壓質量。”

Mejzlik 使用的快速固化環氧預浸料理論上可實現 3-4 分鐘的固化周期，但通常會在 135°C 下固化 7-10 分鐘，以獲得更好的外觀質量和尺寸精度。

“相比之下，濕法層壓需要固化 8 小時，烘箱固化為 6-10 小時，而灌注工藝則需 24 小時才能脫模。”Grunt 說。

步驟4.將螺旋槳預制件裝入壓機內的鋁模具中，并在熱和壓力下固化。

步驟5：脫模與修整

固化完成后，螺旋槳即可脫模（部件仍處于高溫狀態但因Tg 高而不變形），然后冷卻并在內部機加車間進行修整與鉆孔。車間配備了來自捷克 Kone?ny 和美國 Haas 的兩臺 CNC 機床。

步驟5.經過 7-10分鐘的固化周期后，將部件脫模、冷卻并修整。

步驟6：質量檢測

Mejzlik擁有蔡司 Atos 3D 掃描儀和 Dolphitech 超聲成像系統，可根據需要對部件進行外觀和內部缺陷檢測。此外，公司還配備多臺測試臺，用于進行超速旋轉測試等性能驗證。

步驟6.根據需要使用 3D 掃描儀、超聲波成像或物理測試臺檢查零件。

步驟7：最終組裝

最終的螺旋槳可以單獨發貨，也可按客戶需求進行預組裝后統一交付。

步驟7.將最終的螺旋槳組裝在一起，用于下一步的飛機制造。

Mejzlik 如何選擇工藝？

Bukvald 解釋：“濕法鋪層是我們的傳統工藝，也擁有大量現成模具。目前大多數螺旋槳仍采用這一工藝。對于尺寸較大、濕法模具無法承受的產品，我們會選擇預浸料壓縮成型或烘箱固化。在我看來，不久的將來，我們的主力技術將是壓縮成型。隨著客戶需求量增長，我們會引導他們轉向這種方式。”

下一步工作

Mejzlik 目前配有三臺壓機，計劃再新增一臺，單班產能可達每月 2500 片螺旋槳。公司也正朝著航空航天制造 AS9100 認證和 EASA 設計組織批準（DOA）努力。同時，公司還在開發新一代仿真軟件、抗沖擊和防結冰技術，以進一步提升無人機螺旋槳的功能性。