當(dāng)下的中國(guó)工業(yè)體系是全世界最為完整的國(guó)家，工業(yè)看似離普通人很遠(yuǎn)，卻又圍繞在大家身邊。全球工業(yè)已經(jīng)開(kāi)始往自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展，期間需要各種新材料的加入和新技術(shù)的突破。碳纖維復(fù)合材料就是近20年在中國(guó)工業(yè)發(fā)展中備受關(guān)注的一種新材料，它的工業(yè)應(yīng)用早已遍布全球，比如碳纖維機(jī)械臂。碳纖維機(jī)械臂憑借出色的耐用性，可完成重復(fù)度較高的工作，本文智上新材料將從耐疲勞性這個(gè)角度對(duì)碳纖維機(jī)械臂做一個(gè)深入的介紹。

　　碳纖維機(jī)械臂的應(yīng)用場(chǎng)景主要有哪些？

　　碳纖維機(jī)械臂的性能優(yōu)勢(shì)在于高強(qiáng)度重量比和極好的耐疲勞性，在使用中可以高效完成極高的精度操作，因此在多個(gè)領(lǐng)域或行業(yè)體現(xiàn)出較高的應(yīng)用價(jià)值，在下面這些場(chǎng)景里都可以出色的完成多項(xiàng)工作。

　　1、自動(dòng)化制造場(chǎng)景：碳纖維機(jī)械臂的輕量化特性可以在高速配裝線(xiàn)上使用，完成加速和減速操作；高剛度和低熱膨脹適合完成高精度操作任務(wù)，如焊接、噴漆等；輕量化和耐疲勞性可以減少電機(jī)和設(shè)備磨損，完成高完成重復(fù)性較高的取放工作。

　　2、航空航天和國(guó)防領(lǐng)域：衛(wèi)星和其他航空航天部件的組裝中需要高精度和低污染，碳纖維機(jī)械臂可以適用；碳纖維機(jī)械臂的輕量化，可以以最小的能耗執(zhí)行維護(hù)或檢查任務(wù)；另外碳纖維機(jī)械臂還可以安裝在無(wú)人機(jī)或無(wú)人車(chē)輛上，用于執(zhí)行物體操縱、傳感器部署或偵察等任務(wù)。

　　3、醫(yī)療保健行業(yè)：碳纖維機(jī)械臂因其精度、剛度和生物相容性較好，而用于手術(shù)系統(tǒng)；碳纖維機(jī)械臂通過(guò)協(xié)助患者進(jìn)行運(yùn)動(dòng)練習(xí)來(lái)輔助物理治療和康復(fù)；另外碳纖維的X射線(xiàn)可透特性使其適用于集成到CT或MRI機(jī)器中的機(jī)械臂中。

　　4、電子及半導(dǎo)體制造行業(yè)：碳纖維機(jī)械臂由于其精確的運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)阻尼而可以處理半導(dǎo)體和微芯片等精密部件；出色的耐腐蝕性和無(wú)污染性，適用于高端研究的潔凈室內(nèi)。

　　5、汽車(chē)行業(yè)：碳纖維機(jī)械臂可用于焊接、噴漆和裝配車(chē)輛部件，以降低能耗并提高速度，還可以用于需要高精度的無(wú)損測(cè)試或質(zhì)量保證任務(wù)。

　　碳纖維機(jī)械臂耐疲勞性較金屬機(jī)械臂更好嗎？

　　在實(shí)際使用中，通過(guò)與金屬機(jī)械臂對(duì)比發(fā)現(xiàn)，碳纖維機(jī)械臂通常表現(xiàn)出更好的耐疲勞性，在負(fù)載范圍內(nèi)，碳纖維機(jī)械臂的耐疲勞性是金屬機(jī)械臂的好幾倍。產(chǎn)生這一應(yīng)用結(jié)果的原因其實(shí)并不復(fù)雜，可以從材料自身性能上進(jìn)行了解。

　　1、碳纖維機(jī)械臂：碳纖維復(fù)合材料自身具有極好的耐疲勞性，材料自身結(jié)構(gòu)使其能夠承受重復(fù)的應(yīng)力循環(huán)，而且輕量化特性可以減少零部件的慣性力，降低相鄰部件的磨損，進(jìn)一步提高耐疲勞效果。另外碳纖維復(fù)合材料的耐腐蝕性較好，還有一定的抗氧化性，可以在多種環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間使用。

　　2、金屬機(jī)械臂：金屬機(jī)械臂多有鋁、鋼和鈦等金屬制作，這些金屬在承受較高循環(huán)應(yīng)力時(shí)，通常更容易出現(xiàn)疲勞失效，即便是太空領(lǐng)域中大熱的鈦合金同樣面臨這個(gè)問(wèn)題。金屬的應(yīng)變和磨損，加上熱膨脹系數(shù)較高，不耐腐蝕和氧化，發(fā)生疲勞失效的可能性更高一些。

　　不過(guò)碳纖維機(jī)械臂并不能完全取代金屬機(jī)械臂，在負(fù)載類(lèi)型為拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)時(shí)，碳纖維機(jī)械臂更為適合，而金屬機(jī)械臂比碳纖維機(jī)械臂有更好的抗沖擊性和延展性。碳纖維機(jī)械臂造價(jià)更高，而且本身較脆，在高承載場(chǎng)景并不是適用。

　　碳纖維機(jī)械臂重復(fù)操作上億次是否會(huì)損壞？

　　從理論角度來(lái)說(shuō)，符合要求的碳纖維機(jī)械臂在使用中，可重復(fù)完成上億次的操作，加上后續(xù)的維護(hù)和保養(yǎng)，使用壽命可達(dá)15-20年之久。當(dāng)然在實(shí)際使用中，關(guān)乎其使用壽命的因素還有很多，需要對(duì)此進(jìn)行一定的了解。

　　1、材料質(zhì)量和設(shè)計(jì)：經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的纖維取向和樹(shù)脂系統(tǒng)的高質(zhì)量碳纖維機(jī)械臂才能承受上億次的疲勞循環(huán)。設(shè)計(jì)階段應(yīng)當(dāng)避免應(yīng)力過(guò)于集中的問(wèn)題，選擇品級(jí)較高的碳纖維和樹(shù)脂，還需要優(yōu)化機(jī)械臂的物理結(jié)構(gòu)。

　　2、負(fù)載和應(yīng)力水平：碳纖維機(jī)械臂在中等循環(huán)應(yīng)力下具有出色的耐疲勞性能，但如果持續(xù)承受接近其最大拉伸或壓縮極限的載荷，很快會(huì)出現(xiàn)損傷，如微裂紋和分層，導(dǎo)致碳纖維機(jī)械臂疲勞失效。

　　3、環(huán)境條件：長(zhǎng)期暴露于高溫、紫外線(xiàn)輻射、潮濕或腐蝕性化學(xué)物質(zhì)下樹(shù)脂基體會(huì)發(fā)生降解，與纖維之間的結(jié)合減弱，影響碳纖維機(jī)械臂的使用候命，因此可以在制作碳纖維機(jī)械臂時(shí)，可以涂上防護(hù)涂層，降低周遭環(huán)境影響。

　　4、維護(hù)與檢查：定期檢查可以識(shí)別早期損壞跡象，例如微裂紋、分層或磨損，分析問(wèn)題原因，優(yōu)化生產(chǎn)流程，為碳纖維機(jī)械臂的后續(xù)使用帶來(lái)改善。

　　智上新材料曾經(jīng)為一些企業(yè)定制生產(chǎn)過(guò)多款造型的碳纖維機(jī)械臂，有可伸縮類(lèi)型機(jī)械手臂，也有機(jī)械人的關(guān)節(jié)部件，制作難度較板材和管材高上許多。這些碳纖維機(jī)械臂零部件想要長(zhǎng)久使用，具有不小的難度。設(shè)計(jì)和制造環(huán)節(jié)可以一定程度的提高使用壽命，但在實(shí)際應(yīng)用中往往會(huì)因?yàn)樵O(shè)備過(guò)載、環(huán)境因素、操作不當(dāng)?shù)葐?wèn)題提前損壞，因此企業(yè)需要提高生產(chǎn)流程管理的能力，最終實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)。