随着无人机市场需求持续增长，对可重复、可规模化、高性能且结构复杂的无人机机体等复合材料部件的需求日益迫切。美国特拉华大学衍生企业 CarbonForm 公司，凭借其专利的连续纤维复合材料增材制造技术，为这一需求提供了创新解决方案。该公司目前位于特拉华大学复合材料中心(CCM)，未来将随业务拓展迁至专属场地。

3DFiT 技术：融合高性能与自动化优势

CarbonForm 公司的核心技术为3D Fiber Tethering(3DFiT，3D 纤维束缚)工艺，由公司团队在美国能源部ARPA-E OPEN’21 项目支持下联合开发。该技术旨在结合连续纤维热固性复合材料的高力学性能与增材制造的速度和自动化优势，同时消除传统 3D 打印层合板在厚度方向的性能局限。

3DFiT 技术的工作原理如下：

通过自主开发的集成软件平台完成拓扑优化、纤维取向和路径规划；机械臂搭载特制打印头，采用原位浸渍技术挤出干燥连续纤维，将其沉积在带有锚点的支架上，纤维可在锚点处钩挂并改变方向；该系统不依赖特定材料，可兼容各类开源连续纤维或树脂，能实现高纤维体积分数（FVF）。整个部件由连续纤维一体成型，无需模具、接缝，也无需胶水或紧固件拼接；部件固化完成后，支架可拆除并重复使用。目前，该技术已获得2025年CAMX复合材料卓越奖（ACE）提名。

 

航空支架演示：减重 93%+ 提效 90%

为验证技术的实际应用效果，CarbonForm 公司以 GE 航空航天的钛合金机加工喷气发动机支架为原型，通过 3DFiT 技术进行了复刻与优化。团队先通过拓扑优化确定最高效的载荷路径，以实现轻量化目标，再应用梁适配模型使纤维精准沿这些路径排列。

该复合材料支架采用50K碳纤维丝束与环氧树脂浸渍制成，纤维体积分数达50.9%，制造时间仅需35分钟。性能测试显示，该复合材料支架的拉伸载荷耐受度达45千牛(kN)，远超原钛合金设计的36千牛；重量仅0.13千克，较原2千克的金属版本减重约93%；制造成本从原设计的每件5000美元降至500美元，成本降低90%。

 

市场突破：聚焦无人机框架推出便携制造方案

在技术验证完成后，CarbonForm 公司将业务重心放在零部件制造领域，首个目标市场为优化后的碳纤维复合材料无人机框架。针对现有无人机框架的痛点，该公司通过拓扑优化与3DFiT 技术，显著提升了无人机框架的抗坠毁性能，同时实现更轻量化设计和更快生产效率。

现有无人机框架虽已采用复合材料或金属材质，但存在明显局限：金属材质较重，增加无人机飞行能耗；传统铺层工艺制造的复合材料则存在生产耗时、人工成本高及厚度方向性能薄弱等问题。CarbonForm 开发的碳纤维复合材料无人机框架，单件制造时间仅需10分钟，经测试，其飞行续航较同类多材料设计提升15%-20%，且耐用性优异 —— 在 15 米高度的多次跌落测试中，框架结构、电子设备、电池及电机均无可见损伤。此外，该框架采用无接缝一体设计，无需拆卸，便于携带，特别适用于搭载相机等设备的小型无人机。

针对军事及野外作业等场景的即时制造需求，CarbonForm 还开发了 3DFiT 技术的便携式手动版本。用户可通过简易组装的木质支架，手动缠绕纤维，配合便携式树脂浸渍装置和紫外光固化树脂，在阳光下 10 分钟内即可完成玻璃纤维复合材料无人机框架的固化；随后通过螺母螺栓装配电机、螺旋桨，并磁吸安装预组装电子设备和电池模块，全程不到 30 分钟即可完成可飞行无人机的制造。

 

未来展望：拓展多领域应用

CarbonForm 公司当前的核心目标是深耕无人机市场，同时该技术的应用潜力不止于此。其设计初衷是替代高载荷、高应力场景下使用的小型复杂金属部件，未来有望拓展至自行车车架、汽车 B 柱、月球栖息地防护罩等多个领域.