無人機上復合材料的使用比例基本是所有航空器中最高的，像X-45C、X-47B、“神經元”、“雷神”上都運用了90%的復合材料。面對如此大的用量以及未來潛在的高使用量，就迫切需要開發(fā)高效、低成本的復合材料結構制造技術，來滿足項目的經濟可承受性要求。這些需求具體來說，包括：在預浸料成形方面，使用機器人來代替笨重的機床進行鋪放，以及采用各種無需熱壓罐的低成本、高效固化方式；在干纖維成形方面，按照液體成形方式設計大型整體結構件，并改善制造工藝，甚至開發(fā)革命性的增材制造方法，實現復雜結構外形；在制造工裝方面，降低金屬工裝成本、提升復合材料工裝性能、開發(fā)高效自加熱工裝。
機器人鋪放
自從復合材料自動鋪帶和自動絲束鋪放首次變成可行生產工藝以來，機床供應商通常為大型飛機設計和制造大型且昂貴的機床，不過近年來情況有所轉變，機床供應商開始開發(fā)較小型且更經濟的機床，以應對更廣泛的需求。特別是在自動絲束鋪放方面，利用商用機器人作為小尺寸復合材料鋪絲設備的平臺正在成為機床供應商的基本做法。
預計未來幾年各種配置和尺寸的自動鋪絲機床將出現，機器人平臺將用于更多的復合材料鋪絲系統(tǒng)。機器人平臺與復合材料絲束鋪放技術相結合被證明是非常成功的，復合材料鋪絲設備品種的擴展意味著更小的復合材料車間可根據他們所需的尺寸和價格選用自動鋪設備。最終，復合材料自動鋪絲設備將像在金屬加工業(yè)中的5坐標CNC機床一樣，將成為復合材料工業(yè)的常態(tài)。對于尺寸外形和采購數量各異的無人機平臺來說，這類機器人鋪放工藝及裝備的開發(fā)，將顯著降低復合材料機體的制造生產成本。
非熱壓罐制造
由于無人機造價相對較低、尺寸相對較小，因此更加重視復合材料構件的低成本成形，非熱壓罐制造是無人機制造技術開發(fā)中的重點之一。而且，隨著F-35戰(zhàn)斗機、先進復合材料貨運飛機以及民用飛機上很多復合材料部件非熱壓罐制造技術的驗證工作取得進展，未來的無人機必將大量采用類似的技術來制造復合材料構件，降低生產成本。在這個方面，預浸料真空袋固化工藝以及干纖維液體成形工藝一直是研發(fā)的重點，而且還發(fā)展出了一些創(chuàng)新的工藝，比如革命性的復合材料增材制造工藝。
（1）預浸料真空袋固化工藝
航空復合材料零件采用真空袋的非熱壓罐制造并不是新技術，次承力構件（襟翼及整流罩等類似結構件）的真空袋壓預浸料法由于具有獨特優(yōu)勢而引起無人機制造商格外的興趣。
上世紀90年代中期，美國空軍研究實驗室（AFRL）和國防預先研究計劃局（DARPA）就開始在復合材料經濟可承受計劃（CAI）中關注預浸料真空袋固化。第一代非熱壓罐（OOA）真空袋（VOB）預浸料，典型的如英國先進復合材料集團（ACG）的LTM系列，如LTM45EL，用在了多款無人機上，如DARPA/洛馬的“暗星”、波音X-45A、諾格X-47A等。然而，由于在較低溫度和真空壓力下固化，成本較低，但是力學性能不足，而且生產時間較長。
2005～2006年時，兩種非熱壓罐預浸料體系，ACG的MTM45以及Cytec工程材料公司的CYCOM 5215的力學性能已經接近熱壓罐固化預浸料。這兩種非熱壓罐預浸料具有可變的固化時間，在66～79℃時較長，但在121℃時只需2小時。此外，在350℃的獨立后固化后，濕玻璃化溫度（Tg）可超過150℃。這兩種材料體系實現了DARPA所要求的小于1%孔隙率要求，但是10～12天粘性壽命和最多21天的開模壽命不符合美國空軍和DARPA要求，因為大型復雜結構件需要最少3～4周鋪貼和袋壓。為此，ACG和Cytec公司分別開發(fā)了XMTM-47和CYCOM 5320-1，目標是比21天更長的粘性和至少30天的開模壽命。
2007年，美國國防部突破性制造技術創(chuàng)新計劃啟動，非熱壓罐制造技術是5個核心領域之一。DARPA、波音公司聯合AFRL實施啟動非熱壓罐計劃，建立了開發(fā)OOA體系的目標，即提供當時熱壓罐固化質量水平的環(huán)氧材料。為此，ACG開發(fā)了MTM45-1、MTM-44和MTM-46，Cytec開發(fā)了CYCOM X5320。波音公司評估了三種試驗樹脂配方，并選擇了X5320進行商業(yè)化。之后，各種驗證件被制造并進行有限的無損和解剖評估。HITCO碳復合材料公司制造了一個3.65米×4.57米的帽形帶加強筋蒙皮的主結構驗證件；極光飛行科學公司制造了11.6米長的無人機翼梁，以及為“鬼眼”無人機驗證機制造的三部分組成的機翼，長45.7米；波音制造了“鬼眼”驗證機的尾梁和尾翼縮比件，還草擬了碳預浸料的材料規(guī)范和工藝規(guī)范。
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