摘要：为了满足对碳纤维复合材料无人机螺旋桨日益增长的需求，Mejzlik Propeller增加了压缩成型能力，并采用了快固化环氧预浸料。该工艺将每个螺旋桨的固化周期时间缩短至7-10分钟，而湿铺叠或烤箱固化工艺为8-10小时。随着无人机（UAV-unmanned

为了满足日益增长的无人机市场需求，Mejzlik propeller在其定制的CFRP螺旋桨能力中增加了一条更高速率的压缩成型线。

为了满足对碳纤维复合材料无人机螺旋桨日益增长的需求，Mejzlik Propeller增加了压缩成型能力，并采用了快固化环氧预浸料。该工艺将每个螺旋桨的固化周期时间缩短至7-10分钟，而湿铺叠或烤箱固化工艺为8-10小时。

随着无人机（UAV-unmanned aerial vehicles ）市场的增长和城市空中机动（UAM- urban air mobility ）技术的不断发展，对相关航空航天部件（包括螺旋桨）的高速生产需求日益增长，每架飞机通常有四个或更多的螺旋桨。

Mejzlik Propeller（捷克共和国布尔诺）是一家专门生产碳纤维增强聚合物（CFRP）无人机螺旋桨的制造商。预计未来无人机和无人驾驶汽车市场的需求都会增加，Mejzlik于2024年安装了一条新的压缩成型线，旨在大幅提高其产量以及零件生产的质量和一致性。

这是该公司技术的最新发展，但Mejzlik自1989年由托马斯·梅兹利克（Tomas MejzlikSr.）创立以来一直在生产碳纤维增强塑料螺旋桨，梅兹利克最初是为了销售模型飞机的螺旋桨而建立的。随着无人机和无人机市场的发展，在Tomas Mejzlik Jr.和Jan Hruška的第二代领导下，该公司已转向为商业和国防无人机客户生产螺旋桨。

Mejzlik在捷克共和国的工厂提供从工程到系列零件制造和测试的服务。在后中心可以看到该公司的一台新型电动压力机。

如今，Mejzlik提供的服务包括设计、仿真和有限元分析（FEA-finite element analysis）；原型和批量生产；以及检查和测试。该公司还与美国联邦航空管理局（FAA）和欧盟航空安全局（EASA）合作进行额外测试。

Mejzlik目前使用传统的湿铺叠、烤箱固化或其较新的压缩成型线（详见下文）生产150种现成的设计，直径从0.3米到2米不等。该公司还生产直径达3米、重量轻至0.3克的定制螺旋桨。

技术负责人吉日·布克瓦尔德(JiříBukvald)解释说：“许多客户在系统的第一次迭代时就开始使用我们的现成产品，然后当他们意识到他们需要什么确切的参数时，他们就会回来，我们讨论如何定制螺旋桨以满足他们的特定需求。”。

他补充说，大多数客户从订购四到八个螺旋桨进行测试开始，最终增加到每月数百个。“无人机市场仍在发展。客户可能一年订购100个螺旋桨，几年后就会增加到几百个。”

该公司还与Maxon Motor（瑞士萨克森）和Plettenberg（德国鲍纳塔尔）等合作伙伴一起帮助客户开发完整的无人机推进系统。布克瓦尔德说：“我们的工作是螺旋桨，但我们正在与合作伙伴合作，为无人机制造商提供正确的组合和捆绑。”。

CFRP螺旋桨制造

在与客户决定制造工艺之前，Mejzlik会协助螺旋桨设计和工程过程。为此，该公司使用标准的有限元分析软件，并开发了自己的内部软件，用于气动声学设计以及模拟和验证各种性能指标，包括效率和推力。

布克瓦尔德补充道：“如果客户给我们带来了一种新的螺旋桨设计，我们能够分析软件中的数据，将其与现实世界中的其他螺旋桨进行比较，并最终选择最佳解决方案。”。

随着时间的推移，Mejzlik开发了三种用于制造螺旋桨的制造工艺：湿铺叠、不用热压罐预浸料（OOA-out of autoclave ）及其最新的压缩成型技术。

步骤1. 对于Mejzlik的所有制造方法，干燥的碳纤维或预浸料首先在数字数控切割机上切割。

湿铺叠

湿法叠层工艺，也称为湿法层压，是该公司最初的生产方法，经过多年的磨练。在此过程中，首先通过Zünd（瑞士Altstätten）数字数控切割机切割干碳纤维层。这些模具是用液体环氧树脂手工铺设在上下半部分模具上的，这些模具是使用玻璃纤维/环氧树脂内部建造的，并配有内部加热系统。将半模组装在一起，启动内部加热，然后使用Mejzlik开发的气动压机关闭模具。内部加热使零件固化。

预浸料OOA

最近，该公司开发了用碳纤维/环氧预浸料制造螺旋桨的能力。预浸料层被切割，然后铺在内部制造的碳纤维/环氧树脂模具上。这些模具不具有内部加热功能，但设计有专门的系统，用于在层压板内产生压力。叠层后，将真空袋施加到上半模和下半模上，将模具组装在一起，然后将整个模具放入烤箱中，在真空、热和压力下固化零件。

烤箱和CFRP模具可以制造长达3米的更大螺旋桨。布克瓦尔德解释说：“烤箱能够固化比压机更大的零件，我们使用碳纤维复合材料模具制造热膨胀起重要作用的大型零件，而铝或标准环氧树脂模具则没有意义。”。

内部模具制造

为了支持其制造业务，Mejzlik在内部制造各种专用模具，包括带有内部加热和/或真空系统的玻璃或碳纤维复合材料模具，以及用于压缩机的铸造硅胶预成型模具和铝固化模具。

CFRP模具因其复杂性而面临特殊挑战。Mejzlik的复合材料工程师米哈尔·格伦特（Michal Grunt）解释说：“我们的螺旋桨需要从四面八方进行成型，为了实现这一点，我们需要在模具上施加很大的力。”。这需要高达10毫米厚的复合材料上下模具，并用内部肋结构加固，以最大限度地提高刚度，避免最终零件的任何变形。

这些碳纤维增强塑料模具是通过专门的真空袋装注入工艺制造的。格伦特说：“以这种厚度注入层压板是一个挑战，因为放热的风险更高，你需要让碳纤维的比例尽可能高，并使结构准各向同性，这样在加热时模具就不会变形。”。“我们为我们创造的所有这些工艺感到自豪。即使使用3米长的模具，我们也可以实现非常严格的公差，因为我们在固化和固化后有很多步骤来避免任何收缩。”

与湿铺叠工艺相比，增加了用预浸料制造螺旋桨的能力，使其具有更高的一致性和可重复性，但即便如此，该公司仍面临着更高产量的需求。

用于高速率制造的预浸料压缩成型

因此，Mejzlik开发了其最新的制造方法，即经过约3年的开发，预浸料压缩成型生产线于2024年1月上线。

布克瓦尔德说：“两年前，没有人每月需要几百个道具。现在，我们有客户每月甚至每周需要几百个，而且（有了新的生产线）我们能够生产出来。”。

对于压缩成型过程，格伦特解释说有三个主要步骤：层压、预成型件制备和固化。

首先，与湿铺叠工艺一样，预浸料层在Zünd数控切割机上切割（步骤1）。对于这些零件，Mejzlik使用了一种碳纤维预浸料，其配方为增韧、快速固化的环氧树脂。格伦特说：“我们需要能够非常快速地固化零件，并很容易地从热模具中脱模。”。

步骤2. 根据螺旋桨的设计，PMI泡沫芯在Mejzlik的机械车间加工。

Mejzlik所说的层压步骤涉及为每个螺旋桨创建两个预成型件—上半部分和下半部分，它们将在压机中共同固结。根据特定的零件设计，将切割好的预浸料层铺在CNC加工的PMI泡沫芯、翼梁和/或金属轴承的顶部，用于连接轮毂或作为局部加强件，铺在内部铸造的硅胶模具上（步骤2）。格伦特解释说：“我们需要制作预成型件，因为通常我们的工人一次会铺设几种同一类型的螺旋桨，所以我们不会立即固化每个零件。我们需要一个单独的预成型模具，但棘手的是，我们还需要能够轻松地将其提取出来，以便将其转移到压机中加热的铝模具中。在预浸料只能部分粘附的情况下，你可以使用的材料并不多。”硅胶被选为最佳选择。

关于金属复合材料的组合，格伦特补充道：“由于存在电偶腐蚀的风险，将金属与碳纤维混合总是一件复杂的事情。我们选择了航空航天级铝等材料，并确保金属经过适当的表面处理，使其与碳(纤维)绝缘，材料之间没有电桥。”

步骤3. 预成型体被放置在硅胶模具上，并在真空下压制。这些可以直接转移到印刷机或储存在冰箱中。

叠层后，将零件的两半对齐，并在真空袋下将组装好的预成型件卸压，以确保所有层的固结，并确保所有空气都被抽出（步骤3）。

从硅胶模具中取出后，螺旋桨在专用夹具的帮助下被压入安装在三台Meccatronica（意大利Preganziol）电动压力机之一上的铝模具中，以确保预成型件在模具中的精确定位。压力机的尺寸各不相同，能够压制0.7至1.1米长的零件。然后关闭压机，在真空下在高温高压下固化零件（步骤4）。格伦特说：“我们通过两步过程仔细控制模具的闭合，因为我们正在对环氧树脂粘度下降的时间进行计时。巩固层压板并提取内部空气真的很有效。”。

他补充说，该公司使用的模具是大约3年发展的结晶。“对于每个模具，我们都添加了一些东西或改进了一些东西，” 格伦特说。“最近，我们在模具本身增加了真空通道，以提高层压板的质量。”

步骤4. 螺旋桨预成型件在压机内装入铝模具，并在热和压力下固化。

固化要多长时间？格伦特解释说，使用该公司使用的快速固化环氧基预浸料，3-4分钟的固化周期是可能的，但Mejzlik通常在135°C的稍低温度下在7-10分钟内固化零件，以确保更高质量的视觉表面和更精确的尺寸，而在更高温度、更短的固化周期下是可能的。他补充道：“相比之下，湿法层压工艺的固化周期为8小时。烤箱固化需要6-10小时。通过注入，我们在24小时后脱模。”。

步骤5. 经过7-10分钟的固化周期后，零件被脱模、冷却和修整。.

固化后，将固结的螺旋桨脱模（步骤5）。格伦特说：“我们能够在零件仍处于高温时对其进行脱模，因为环氧树脂体系具有很高的玻璃化转变温度，所以我们在脱模时零件并不柔软，形状非常精确。”。

一旦脱模和冷却，该零件就会在公司的内部机械车间进行修整，该车间有两台数控机床，分别由Konečný（捷克共和国博尔希策）和Haas Automation（美国加利福尼亚州奥克斯纳德）提供，用于加工模具以及修整和钻削螺旋桨。

步骤6. Mejzlik能够根据需要使用3D扫描仪、超声成像或物理测试设备检查零件。

该公司还拥有检测设备，包括蔡司（德国Oberkachen）Atos 3D扫描仪和Dolphitech（挪威Gjøvik）Dolphicm2超声成像系统。Bukvald解释说：“光学3D扫描仪允许我们对零件的外部进行测量，对内部的超声波系统进行测量。”。该公司还运营着几个测试台，用于进行过旋测试和测量其他性能参数（步骤6）。

最终确定 螺旋桨可以单独发送给客户，也可以在交付前组装在一起（步骤7）。

Mejzlik如何决定使用哪种技术为客户制造螺旋桨？布克瓦尔德说：“湿层压是我们的传统，我们已经为这个过程制作了很多模具。我们今天仍然使用这个过程制作我们的大部分道具。”。“如果客户需要的支撑物对于湿层压模具来说太大，那么我们会使用其他技术，如预浸料压缩成型和烤箱固化。在我看来，在不久的将来，我们的主要技术将是压缩成型。我认为，随着现有客户需求的增长，我们将开始将其转向压缩成型，最终我们将用热压成型开始所有新客户。”

步骤7. 最后的螺旋桨组装在一起，以便安装到飞机上。

致力于能力扩展、新认证

公司的下一步是什么？Mejzlik目前经营着三台压滤机，并计划增加第四台。Mejzlik目前的压机每月可以生产2500个成品，每天轮班一班。

在制造过程中，Mejzlik目前每月生产2500个成品，并计划很快增加一个额外的压机。

为了支持不断增长的UAM市场，Mejzlik还致力于航空航天制造业的AS9100认证，并最终获得欧盟航空安全局（EASA）的设计组织批准（DOA- design organization approval ）。布克瓦尔德说：“这一切都取决于市场如何发展，但我们努力做好准备。”。

该公司还继续扩大其能力，开发新的模拟软件、抗冲击解决方案和防冰解决方案，以提高无人机螺旋桨的功能。布克瓦尔德说：“我们希望始终领先一步。”。

无人潜水器螺旋桨-输液

虽然该公司通常只使用真空灌注来制造适合烤箱固化的CFRP模具，但布克瓦尔德补充说，Mejzlik也有特殊情况使用这种工艺自己制造螺旋桨。例如，一位客户要求为水下潜水器定制螺旋桨，该潜水器需要能够在6公里的深度内生存。Grunt解释说：“在这些深度，螺旋桨上会施加非常高的压力，真空注入是我们确保结构内没有气泡的最佳工艺。这非常重要。想象一下，如果你有一个螺旋桨，里面有气泡，然后你把它放在这些高压下—它可能会破裂。所以树脂注入是一个可以用来确保这种情况不会发生的工艺。”

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为无人平台（包括无人机和UAS/UAV）量身定制的螺旋桨具有可靠性、隐身性和适应性。

复合材料螺旋桨的排列。

Aerodine Composites（美国印第安纳州印第安纳波利斯）扩大了其用于无人机系统（UAS- unmanned aerial systems）和无人机（UAV-unmanned aerial vehicles）的复合螺旋桨能力，这些系统的设计具有精度、性能和国防级合规性。

Aerodine的螺旋桨旨在满足现代无人驾驶航空不断发展的需求，增强续航力、悬停稳定性、隐身性和有效载荷敏捷性。该公司报告称，每个螺旋桨都经过空气动力学优化，可在不同的任务剖面中实现升力、阻力、降噪和推力效率，包括悬停、巡航和混合用途操作。Aerodine螺旋桨由经过特殊表面处理的高强度复合材料制成，具有最佳的耐磨性、抗紫外线暴露性和耐腐蚀性，可实现长期可靠性。先进的翼型设计和尖端几何形状减少了声学特征，提高了防御和监视任务的隐形性能。

所有螺旋桨均完全符合ITAR标准，并在美国使用可追溯的国内采购材料制造，这对国防部计划和蓝色无人机认证至关重要。Aerodine为客户提供从原型到生产的支持，其可扩展的制造能力从一次性开发单元到每月2000多个单元不等。每个螺旋桨在交付时都已准备好飞行，具有精确的平衡、耐腐蚀涂层、静电放电管理和可选的低可观察性或定制饰面。客户还可以从Aerodine的全方位服务工程支持中受益，从逆向工程和构建到打印生产，再到特定任务的设计优化。

凭借在航空航天、国防、赛车运动、医疗和工业市场数十年的复合材料专业知识，Aerodine被定位为无人系统值得信赖的合作伙伴。该公司持有AS9100D、ISO 9001:2015和FAA Part 145认证，确保精度、可追溯性和操作可靠性。Aerodine表示，其适应性强的工程模型与客户的工作流程无缝集成，而其可扩展的运营和敏捷的研发合作伙伴关系使其成为一个关键任务供应商，在那里故障是不可选择的。

Aerodine Composites首席执行官(Craig McCarthy)表示：“我们的无人机/无人机螺旋桨体现了Aerodine的一切——密工程性能、国防级合规性和可扩展的美国制造。”。“在无人系统中，任务的成功取决于可靠性、隐身性和适应性。在数十年的复合材料卓越和值得信赖的合作伙伴关系的支持下，该产品提供了这三种性能。”

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原文，1. 《Prepreg compression molding supports higher-rate propeller manufacturing》 2025.5.30

2. 《Aerodine Composites expands composite propeller capabilities》2025.9.3

杨超凡 2025.9.5

来源：复合材料前沿