《Composites Part A: Applied Science and Manufacturing》：Fiber-reinforced composites: A comprehensive review of traditional and additive manufacturing processes and material architectures
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纤维增强复合材料（FRCs）的制造工艺、材料体系与性能关联性研究。传统工艺如成型、缠绕和拉挤在工业中成熟应用，但存在模具依赖、材料利用率低、设计自由度有限等问题。增材制造技术（FDM/LOM/SLA/SLS）通过分层制造简化流程，实现轻量化（25-50%）和定制化设计，但需解决大规模生产、界面结合和缺陷控制等挑战。提出“工艺-材料-性能”整合框架，强调参数调控对孔隙率、界面结合及缺陷演化的影响，以及纤维结构、基体系统和界面相互作用的关键作用。
方后成|李曦|黄一星|赵天|何茹杰|康晓|李颖|方代宁
北京工业大学先进结构技术研究所，北京 100081，中国
摘要
纤维增强复合材料（FRCs）由于其高比强度、耐腐蚀性和设计灵活性，在航空航天、交通运输、汽车和海洋领域得到广泛应用。随着对轻质和高性能结构需求的增加，复合材料制造和性能控制的进步受到了越来越多的关注。本文总结了传统的制造工艺，包括模压、纤维缠绕和拉挤工艺，以及新兴的增材制造技术，如熔融沉积建模、层压对象制造和光聚合。重点讨论了工艺参数、微观结构特征与结构性能之间的关系，特别是孔隙率、界面粘结和缺陷形成。同时，还探讨了纤维结构、基体系统和界面相互作用的影响。最后，提出了一个“工艺-材料-性能”综合框架，以指导先进纤维增强复合结构的设计和优化。
引言
纤维增强复合材料（FRCs）具有高比强度、高比刚度和可调节的各向异性结构，广泛应用于航空航天、轨道交通、汽车和海洋工程领域。如图1所示，这些特性使FRCs成为现代多功能结构材料的基石，在这些材料中，承载能力与其它功能相结合[1]、[2]、[3]、[4]。随着各行业对轻质、高强度和高性能材料需求的增长，多功能复合材料市场迅速扩张。由于对轻质和高性能材料需求的增加，多功能复合材料市场发展迅速[5]、[6]、[7]。预计到2030年，全球市场规模将达到约100亿美元，主要驱动因素是航空航天、汽车和交通运输、电子以及能源领域[8]。传统的制造工艺，包括压缩模压、拉挤、纤维缠绕、自动化纤维铺设和手工铺层/喷涂，在工业生产中得到了广泛验证。这些方法提供了稳定的加工质量、多样的结构性能和广泛的材料适应性，并得到了成熟的产业链和大规模制造系统的支持[9]。
然而，这些方法通常需要通过浸渍[10]、沉积[11]或混合[12]（图2a–c）来制备预浸料，随后进行复杂的成型操作[13]。它们对模具的依赖性、材料利用率低、设计自由度有限以及成本和周期时间控制困难，导致制造成本较高，并限制了复杂或定制组件的制造[14]。此外，传统的设计策略主要关注纤维体积分数和铺层顺序，这对于几何形状复杂的结构可能不够适用。二次加工进一步增加了生产成本并加速了工具磨损（图2d），从而限制了FRCs的更广泛应用[15]、[16]。
相比之下，基于数字设计和逐层制造的复合增材制造（AM）技术显著简化了加工过程，减少了材料浪费，并大幅提高了组件性能，同时将结构重量降低了约25–50%[17]。这种方法实现了高效、灵活且高度定制化的制造。此外，对层内纤维路径和层间树脂富集区域的精确控制有助于有针对性地优化结构性能。作为一种自下而上的制造范式，复合增材制造能够克服传统方法在结构复杂性、功能集成和数字可制造性方面的关键限制[18]、[19]、[20]，推动了熔融沉积建模（FDM）、层压对象制造（LOM）、立体光刻（SLA）和选择性激光烧结（SLS）等工艺的快速发展[21]。
纤维增强复合材料（FRCs）的性能受到制造工艺和材料系统之间耦合相互作用的影响，而不仅仅取决于制造路线本身。关键的材料因素，包括基体化学成分、纤维形态和界面特性，决定了工艺的可行性和性能实现的程度。具体来说，基体系统决定了加工窗口和尺寸稳定性；纤维连续性决定了增强效率和可制造性；纤维-基体界面控制了载荷传递和损伤演变。因此，阐明工艺-材料的兼容性对于开发可扩展的高性能复合制造策略至关重要。基于这一前提，本文总结了FRCs的最新进展，重点关注传统制造和增材制造及其内在的工艺-材料-性能关系。
传统制造工艺
纤维增强复合材料的传统制造技术包括压缩模压、纤维缠绕、拉挤、自动化纤维铺设和手工铺层或喷涂。对一致性能、更高制造自动化程度以及几何形状复杂组件制造需求的增加，推动了这些工艺的持续进步，特别是在工艺参数优化、界面控制和可扩展生产方面。
增材制造技术
传统的纤维增强复合材料制造工艺对设备有严格的要求。它们对专用机械的高度依赖不仅导致生产周期长和模具设计标准严格，显著增加了制造成本，还限制了复杂结构组件的制造，在某些情况下甚至无法成功成型。此外，纤维取向和树脂润湿行为等因素也会影响
材料组成对加工的影响
在纤维增强复合材料的增材制造过程中，材料组成——特别是基体系统、纤维特性和界面兼容性——在控制加工行为、微观结构演变和机械性能方面起着决定性作用。材料组合的变化会对打印参数、孔隙率发展、层间粘结完整性以及最终的宏观性能产生复杂的耦合效应。
FRCs的工艺驱动机械性能
纤维增强复合材料的机械性能主要由微观结构的连续性、界面完整性和缺陷分布决定，这些因素都受到制造路线的强烈影响。因此，传统制造（TM）和增材制造（AM）复合材料之间的本质差异导致了静态强度、疲劳耐久性和长期稳定性方面的系统差异。
差距与未来方向
与传统制造方法相比，纤维增强复合材料的增材制造提供了显著的设计灵活性和功能集成潜力，从而提高了结构性能并提升了生产效率。然而，在大规模工业应用中仍存在重大挑战，需要系统性的技术突破和跨学科合作[272]、[273]、[274]。首先，工艺参数对
结论
纤维增强复合材料（FRCs）是先进结构材料的基石，其性能从根本上受到制造工艺、材料结构及其产生的微观特性之间相互作用的影响。传统的制造技术，包括压缩模压、纤维缠绕、拉挤、自动化纤维铺设和手工铺层，仍然是实现高纤维体积分数、低孔隙率的成熟途径
CRediT作者贡献声明
方后成：撰写——初稿。
李曦：撰写——审稿与编辑。
黄一星：撰写——审稿与编辑，监督。
赵天：撰写——审稿与编辑，可视化。
何茹杰：撰写——审稿与编辑，项目管理。
康晓：资源准备，概念构思。
李颖：撰写——初稿，方法论。
方代宁：概念构思。
资助
本工作得到了国家自然科学基金（项目编号12,027,901和12041202）和国家重点研发计划（项目编号2023YFB4603200和2021YFB1715100）的支持。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢所有同事和合作者在准备本工作期间提供的宝贵讨论和支持。
