传统纤维增强聚合物复合材料制造长期面临模具依赖、固化周期长、能耗高等痛点。最新研发的光热固化增材制造技术，利用碳纤维的光热转换特性实现原位热固化，将制造能耗降低四个数量级，生产周期从数周缩短至数小时，为复杂结构复合材料的无模具快速制造开辟了新路径。
纤维增强聚合物复合材料在航空航天、汽车制造等领域需求持续攀升，但传统制造工艺已成为制约产业发展的瓶颈。现有技术依赖昂贵模具，模具成本占比超过30%；热固化工艺需要在烘箱中进行6小时以上的批量加热，能源消耗高达6912千焦；更关键的是，传统工艺难以实现复杂结构的自由成型，纤维取向多局限于二维分布，孔隙率控制困难。这些技术瓶颈亟需突破性解决方案。
光热固化增材制造技术的核心创新在于材料体系与能量输入方式的协同设计。研究团队以双环戊二烯为基体，通过开环易位聚合引入热响应型树脂体系，搭配特定催化剂与抑制剂精确调控树脂粘度与固化动力学。关键在于利用碳纤维优异的光热转换特性，通过450纳米蓝色激光对沉积材料进行局部加热，实现100至200毫秒内快速升温至220至240摄氏度，触发树脂原位固化。
工艺参数优化是实现高效制造的关键。研究发现，激光功率密度与扫描速度呈线性关系，当碳纤维束尺寸为3000时，在1.5米每分钟的扫描速度下可实现目标固化温度。通过调节激光参数与纤维束直径，可精准控制不同尺寸复合材料丝的固化效率，为规模化生产提供了充足的工艺窗口。这一发现为建立标准化的制造规程奠定了理论基础。
间断碳纤维增强复合材料的制备验证了该技术的可行性。采用直写成型技术挤出含15体积百分比间断碳纤维的剪切变稀油墨，在零下5摄氏度下保持油墨粘度稳定。光热固化实现了悬空丝的自由成型，悬垂长度线性度达0.028毫米，截面孔隙率低于1.5体积百分比，固化度高达96%至98%。力学测试表明，纤维平行取向试样的弯曲模量与强度接近传统烘箱固化水平，验证了该工艺的可靠性。
连续碳纤维增强复合材料的制备进一步展示了技术的先进性。通过树脂浸渍与辊压压实工艺，制备了纤维体积分数高达70.8%的连续碳纤维复合材料，孔隙率低至0至1.5体积百分比。利用六轴机械臂实现了1.8米路径的空中打印，悬空梁的高纵横比达到750比1，充分证明了固化后材料的高刚度。拉伸测试显示，打印试样的模量达106.7吉帕，强度达1.48吉帕，与传统浇铸试样性能相当。
与传统工艺相比，该技术展现出颠覆性的优势。无需模具，能耗降低超过四个数量级，从6912千焦降至0.45千焦；制造时间从数周缩短至数小时。更重要的是，该技术可实现纤维三维取向分布，突破了传统增材制造的二维层状限制。研究还验证了该技术对芳纶纤维等其他增强材料的适用性，拓展了其应用场景。
