弗劳恩霍夫材料与光束技术研究所重点开展CONTIjoin连接技术、类玻璃高分子、材料可成型性及雷电防护系统相关研究；莱布尼茨复合材料研究所则展示了采用定向非连续再生碳纤维增强的热塑性复合材料飞机窗框技术。

    来源：弗劳恩霍夫材料与光束技术研究所、莱布尼茨复合材料研究所

    由弗劳恩霍夫铸造、复合材料与加工技术研究所、弗劳恩霍夫应用研究促进协会表面技术研究所及弗劳恩霍夫材料与光束技术研究所联合参与的HESTIA项目，周期为2023至2026年，为期三年，全称为“面向未来零排放飞机的超高效可持续热塑性纤维增强复合材料机身蒙皮研发项目”。该合作研究项目由德国联邦经济事务和气候行动部资助，核心目标是研发适用于新一代碳中和飞机的轻量化、节能型机身蒙皮技术。

    HESTIA是六大联动合作子项目之一，旨在研发热塑性复合材料机身结构，以此抵消新型零排放推进系统带来的额外机身重量。项目通过减轻结构自重、提升生产效率，助力飞机制造与运营环节实现更高的可持续性，其研发技术可满足规模化生产需求。项目合作方表示，本次开发的激光制造工艺，除航空领域外，还可应用于其他行业的复合材料半成品与零部件生产。

    该项目合作单位如下：空中客车运营有限公司（项目牵头单位）、空客航空结构公司、希尔康普复合材料有限公司、德国航空航天中心、莱布尼茨复合材料研究所。

    弗劳恩霍夫材料与光束技术研究所主要围绕自动化加工与多功能复合材料集成开展三大核心研究；另外两家弗劳恩霍夫下属机构则负责其他研究方向，成果同样服务于HESTIA整体项目。其中，弗劳恩霍夫表面技术研究所主攻类玻璃高分子材料研发，弗劳恩霍夫铸造、复合材料与加工技术研究所负责激光波长影响对比研究。各项研究聚焦制造工艺与材料利用率，合力为碳中和飞机打造创新技术方案。

    CONTIjoin连接技术、自动纤维铺放工艺与类玻璃高分子

    项目重点优化适用于热塑性多向层合半成品的CONTIjoin连接工艺。该技术此前已应用于清洁航空计划大型全尺寸演示项目的机身上下蒙皮对接工序，目前正拓展适配更多材料体系，包括各类单向预浸带与类玻璃高分子材料。类玻璃高分子兼具热固性树脂的交联特性，同时可像热塑性材料一样二次加热、重塑及回收利用。

    碳纤维增强聚芳醚酮的傅里叶变换红外光谱显示：二极管激光波长下，基体聚合物吸收率低；二氧化碳激光波长下，基体聚合物吸收率高。

    传统铺层工艺多采用固态激光器或二极管激光器，能量主要被碳纤维吸收；而CONTIjoin工艺利用二氧化碳激光，能量可直接被聚合物基体吸收，有效提升连接工序中的热过程管控精度。

    材料可成型性与集成式雷电防护系统

    研究团队还在探索纤维增强复合材料半成品的新型打孔工艺。打孔工艺可局部切断碳纤维增强层，提升材料在自动纤维铺放与热成型过程中的延展成型能力。传统机械打孔方式易造成刀具严重磨损，因此业内开始研发无接触式激光打孔替代方案。

    胶带附着力测试表明，网格状铜涂层与碳纤维/热塑性基材结合牢固。

    第三项研究聚焦集成式雷电防护系统的导电连通性。项目搭建全自动化工艺流程，可实现机身接缝、维修区域铜网层断口的导电衔接。先对热塑性复合材料进行激光表面改性处理，再通过热喷涂工艺附着导电铜层，并加工成网格结构，效果与传统雷电防护网材料一致。

    再生碳纤维窗框技术

    位于凯泽斯劳滕的莱布尼茨复合材料研究所（隶属凯泽斯劳滕工业大学，为非营利复合材料研究机构），依托再生碳纤维热塑性复合材料，研发省料、节能的飞机窗框生产技术（项目编号：20W2203E）。研究团队巧用短切纤维特性，充分发挥窗框结构的力学性能。这款创新材料能大幅降低航空零部件生产过程中的碳排放，同时优化材料利用率与轻量化效果。

    该窗框原材料由聚芳醚酮长丝和长度50毫米以上的再生碳纤维制成短纤纱线，经研究所自研的浸渍拉伸设备加工为预浸带，最终形成内部含有定向非连续增强纤维的致密再生碳纤维带材。这种结构中的纤维可相互滑移，即便制作窗框这类复杂曲面构件，也能保证材料平整无褶皱；同时纤维沿曲面受力方向定向排布，最大化提升结构承载效率。

    研究团队完成热塑性复合材料飞机窗框拓扑优化及纤维取向建模。

    成型后的承载结构可通过注塑包覆实现功能化处理，保障外部载荷高效传递至内置结构件。该工艺不仅优化载荷分布，还能显著提升整体结构的耐用性与可靠性。团队借助有限元分析优化纤维走向与受力导入结构，后续将制作窗框原型件并开展实物测试，验证仿真结果与设计方案。

    莱布尼茨复合材料研究所合作单位：空中客车运营有限公司、德国航空航天中心、弗劳恩霍夫应用研究促进协会、空客航空结构公司、奥尔巴尼国际公司。