高性能纤维立体织造技术根据成型原理和结构形式的不同，可分为三维编织、三维机织、三维针织、三维缝合及针刺等主要类型，不同的纺织工艺路线和预制体结构，具有各自独特的编织机制和性能特点。本期将介绍三维编织与三维机织技术。

三维编织技术

三维编织技术是通过织机驱动绕有纱线的携纱器，牵引纱线循环交织从而制成具有空间三维网状结构的织物。三维编织预制体中，编织纤维（或纱线）沿织物成型方向以一定角度取向，编织物厚度超过参加编织纱线或纤维束直径 3 倍以上，且在厚度方向上纱线相互交织。典型的三维编织工艺包括行列式编织和旋转式编织两大类。

行列式三维编织机的运动由底板上沿行和列两个正交方向的轨迹来实现，常用的方法有四步法和二步法编织。四步法通过携纱器沿行、列方向依次移动 4 个步骤完成 1 个循环，其预制体具有整体结构好、异形件自由度高等结构优势。三维编织机底盘是实现“四步法”编织工艺，完成纤维束在空间内交织的重要装置之一。编织底盘上载纱装置运动的灵活性和可控性直接影响着底盘能够编织的预制件的形状，编织底盘上载纱组件的可控性越高，编织设备对织物内部结构和编织形状的控制和适应能力也就越强。在这一技术演进过程中，贺辛亥等研发的底盘驱动装置解决了现有的底盘驱动装置复杂且编织式样单一的问题。另外，周浩等提出了一种基于主动加减纱的自动化工艺，利用紫外固化胶黏剂实现碳纤维束的自动黏结与切割，为变截面三维编织的智能化、自动化生产和复杂结构设计提供了新思路和理论基础。

四步法示意图

二步法则以两步移动完成循环，该类工艺运动过程间歇离散，可精确控制纱线的交错次序，适合编织方形、圆形等截面均匀的预制体，对于厚壁构件成型率高。旋转式三维编织机则通过底盘部件的连续或分步旋转运动，带动携纱器绕中心芯模旋转编织，其预制体轴对称结构孔隙率低。由于其运动的流畅性和速度得到很大提升，迅速成为主流的编织技术。

二步法示意图

总体而言，三维编织技术具有纱线取向可设计、可变截面成型、一体化成型大型复杂结构等突出优点。通过三维编织可将飞机机身框架、发动机进气道等由多个零件连接的金属结构，替换为一体化近净成型的编织复合材料构件，大幅减轻重量并减少零件数量。

三维机织技术

三维机织技术是利用多层经纱织造方法，通过接结经纱穿插纬纱层形成整体预制体。典型的三维机织预制体包含接结经纱系统和纬纱系统两个纱线系统，其中接结经纱通过弯曲穿插多层纬纱将其绑定，形成整体不分层结构。根据纱线交织规律，三维机织结构可分为多层接结组织、角联锁组织和正交组织 3 种。其中，正交三维机织预制体由 0°、90°和90°（Z向）3个相互垂直的纤维束组成，形成立体的正交网格结构；角联锁三维机织结构（图 4）则是各层织物通过倾斜纱线互相联结，使织物层间产生角度交织。

角联锁三维机织组织示意图

三维机织技术使复合材料预制体的设计有了多样化选择。例如，采用三维角联锁机织预制体可有效抑制复合材料层间开裂，提高冲击后剩余强度。由于三维机织过程纱线受曲折和摩擦较大，需要控制好纱线张力和织机运动，避免纤维损伤。

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