材料与工艺：复合材料工装复合材料零件是在模具中形成的，也称为工具。工具几乎可以由任何材料制成。材料类型、形状和复杂性取决于生产运行的部分和长度。以下是对选择和制作工具所涉及的问题的简短总结。
因瓦工具，如图所示的这些巨大的机翼蒙皮工具，是最耐用的金属工具的例子，这一类别有时被称为硬质工具。尽管相对较重且昂贵，但金属模具能够承受数千个生产周期。因瓦和其他金属模具由高性能钢和镍合金制成，是耐用的工具材料，但也很昂贵，而且由于很少有复合材料制造商拥有加工和抛光此类材料所需的设备，他们通常需要工具制造专家的服务。来源 Ascent 工具集团
复合材料零件是在模具中形成的，也称为工具。工具几乎可以由任何材料制成。对于将少量生产并可在环境或低温下固化的零件，或者对于尺寸精度的严格控制不是最重要的原型零件，玻璃纤维、高密度泡沫、可加工环氧板甚至粘土或木材/石膏模型等材料通常是合适的。使用聚合物的额外制造或 3D 打印工具在原型和生产零件中也越来越常见。然而，随着对零件性能和/或精加工表面美观性的要求越来越严格，以及要生产的零件数量的增加，工具成本和复杂性也会增加。例如，高速生产工具通常由坚固的金属制成，这些金属能够经受住重复的循环，并保持良好的表面光洁度和尺寸精度。形成高性能复合材料零件的模具可以由碳纤维/环氧树脂、单片石墨、可浇铸石墨、陶瓷或金属（通常是铝、钢及其合金）制成。在所有情况下，每种材料都有其独特的功能和缺点。
金属工具有时被称为硬工具，尽管相对较重且昂贵，但能够承受数千个生产周期。最耐用但也最昂贵的是由高性能钢和镍合金制成的，如因瓦合金。由于很少有复合材料制造商拥有加工和抛光金属工具所需的设备，尤其是因瓦，因此他们通常需要工具制造专家的服务。
复合材料工具，有时被称为软工具，比金属工具更容易制造，因为它们由与复合材料制造商将用于零件的材料相似的材料制成，所以可以在内部制造。但正如“软”标志所表明的那样，它们更容易磨损，而且它们通常在相对低产量的生产中找到服务。然而，几种工具可以用复合材料制成，其成本低于单个硬质工具的成本。这使得更大的容量可以负担得起。与在硬质工具上制造的零件一样，在复合材料工具上制成的零件可以在热压罐或烤箱中固化，也可以通过整体加热进行固化，其中加热元件放置在工具内部。
制造复合材料零件的工装，一个关键问题是热膨胀系数（CTE-thermal expansion）失配现象。在这里，复合材料工装比金属工装有优势。由工具预浸料制成的复合工具具有接近零件CTE的CTE。在固化过程中，工具和零件的收缩和热膨胀将非常相似。这有助于保持零件的尺寸精度。
大多数金属工具材料和它们形成的零件中的复合材料在CTE 方面是不匹配的。C-20钢和铝是金属工具的常见选择，因为与高性能合金相比，它们更便宜，并且通常在交付前需要更短的交付周期。然而，在加热固化过程中，较不昂贵的金属工具材料和复合材料之间的 CTE失配通常过于极端，无法用于成型精密公差复合材料零件。只有价格更高的金属合金才能提供更接近的 CTE 匹配。例如，在工装金属中，因瓦合金提供的 CTE 非常接近碳纤维复合材料的 CTE。出于这个原因，它一直是必须制造到极严格公差的零件的首选。但因瓦也是最昂贵的工具材料，尤其是当它用于大型零件时，工具的巨大尺寸和重量使其难以处理。然而，在某些情况下，钢和铝工具在固化循环过程中的热膨胀可用于模具设计，有目的地压缩和巩固零件元素。
该生产复合材料工具由在相对较低的温度下固化的碳/环氧树脂制成，然后在高达200°C 的温度下进行独立后固化。这种相对低温的固化制度允许使用更具成本效益的主材料，这降低了整体工具成本。来源 Ascent 工具集团
特别是航空航天行业的制造商，长期以来一直表示希望获得能够承受数千次热压罐固化循环的碳纤维工具材料，比如因瓦钢。为了提高复合材料工具的耐用性，一些供应商提供混合工具设计，例如，将薄因瓦面板与复合材料支撑结构相结合，或将碳泡沫芯与复合材料面板相结合。这种技术已经发展到可以在耐用性领域与因瓦竞争，但这只是因瓦重量和成本的一小部分。例如，Janicki Industries（美国华盛顿州Sedro Woolley）使用树脂注入生产了几乎无空隙的300层双马来酰亚胺（BMI）层压板，这使该公司能够生产BMI/碳复合材料坯料，这些坯料可以用数控加工成更便宜、密度是因瓦当量的五分之一的精密模具。Janicki正在将这项技术用于航空航天肋骨、翼梁和长桁工具，其中的零件将经过热压罐固化、高温环氧树脂和碳纤维。与环氧树脂相比，BMI大大延长了工具的使用寿命，环氧树脂在生产运行期间通常无法承受几天高达 177°C 的循环，这可能会延长到几年。
这一类别中的另一种高性能工装产品是来自赫氏（Hexcel-美国加利福尼亚州都柏林）的 HexTOOL。它是一种可机械加工的碳纤维/BMI 复合工装材料，包括BMI 预浸料条，这些预浸料随机切碎并分布在离型纸上，形成厚的粘性垫。在叠层和固化后，它可以像金属一样机械加工，具有与碳/环氧树脂零件匹配的 CTE，可以在500次热压罐循环中存活，所有这些都具有与现有替代品相当的构建时间和成本。
两者都是热压罐固化的，其配方师声称，与环氧树脂相比，它们表现出更低的树脂收缩率和优异的机械加工性能。高速率工具的碳/BMI：对于高速率复合材料生产工具，可以指定碳/双马来酰亚胺（BMI）材料组合。碳/BMI 工具在后固化后显示，因为它被机加工到最终公差。来源 Ascent 工具集团
由 TenCate Advanced Composites（现为美国加利福尼亚州摩根山市东丽高级复合材料公司）分销的3M BMI TC-44 Si 使用 40%（重量）的微观二氧化硅颗粒负载量，与可比的未填充热压罐固化 BMI 预浸料相比，使全厚度 CTE 减少 15%，线%，线%。这些改进共同减少了热应力和零件变形，并有望显著限制回弹（由于复合材料中的固化收缩，零件有偏离成型形状的趋势）。
其他好处包括更好的耐划伤性和断裂韧性，减少微裂纹，质量放热率降低 40%，从而大大改善了热管理，这对厚零件制造尤其重要。Airtech 声称其 Beta 预浸料具有类似的性能和生产效益，该预浸料使用苯并恶嗪（benzoxazine’s ）的独特化学成分代替纳米二氧化硅，并已证明回弹减少了 70%。此外，其六个月的环境存储寿命基本上消除了工具项目的冷冻存储要求，并降低了运输成本。到目前为止，用户报告说，这种材料具有更大的粘性，这减少了铺放时间，并且需要更少的中间去毛刺。Airtech 表示，BetaPrepreg 与 BMI 相比具有成本竞争力，但认为其性能和制造效率可以使天平朝着对其有利的方向倾斜。
传统金属的另一种替代方案是工具制造工艺，该工艺使用镍气相沉积（NVD-nickel vapor deposition）工艺来生产相对薄的镍壳工具面，该工具面支撑在背衬结构上。NVD 工艺可以生产出实现高尺寸保真度的工具，镍壳工具面表现出低 CTE、长使用寿命，并且因为它比机械加工的金属工具体积小得多，重量轻，并且比其他材料更容易加热和冷却模具。NVD 专家 WeberManufacturing Technologies 股份有限公司（加拿大安大略省米德兰市）生产镍壳工具，应用范围从汽车车身面板到飞机内部储物箱。
Surface Generation Ltd.（英国拉特兰）为加热模具提供了一种先进的方法。其按功能规范生产（PtFSProduction to Functional Specification ）工艺技术包括一系列主动热管理选项。工具可以被设计为使得模具温度可以被动态地控制到零件中的各个区域或区域以及成形和固化过程的渐进阶段的精确要求。这些区域的隔离和单独控制使制造商能够连续、快速地实时调整每个区域的加热和冷却水平，从而优化零件质量并最大限度地提高产量。
EireComposites 公司。（爱尔兰戈尔韦郡爱尔兰复合材料公司）开发了一种名为 MECH-Mould Efficient Cooling and Heating（模具高效冷却和加热）的整体加热工具专利技术。所得到的模具具有电加热元件，该电加热元件使用铝硅酸盐型陶瓷水泥嵌入，该水泥提供低CTE、密度、热质量和电导率。碳纤维增强增强了陶瓷的低抗拉强度。聚醚醚酮（PEEK）高性能热塑性聚合物用作碳纤维和陶瓷之间的粘合层。由于陶瓷在60°C 时变得坚硬，因此可以在廉价的图案上制作工具。首次低温固化后，将模具从图案中移除，然后通过独立后固化处理至全温度（200°C 至 400°C）。据报道，对于厚度至少为 15mm的工具，测得的平面内CTE 小于5.0 x 10-6/°C，根据ÉireComposites 的说法，这通常被认为是大多数玻璃和碳纤维复合材料的“匹配值”。使用 10 kW/m2 的电功率密度，这种类型的工具表面可以在不到 10分钟的时间内加热到200°C。
嵌入式电阻布线或其他电气手段并不是整体加热工具的唯一方法。利用强制空气加热和冷却的内置管道工具在航空航天行业已经使用了几十年。风电行业多年来一直在加热模具中注入叠层，通常使用流体导管。使用加热和冷却液体成型复合材料首先受到 VEC Technology LLC（美国宾夕法尼亚州格林维尔）浮动模具技术的吸引，最近又受到 Quickstep Holdings Ltd.（澳大利亚新南威尔士州班克斯敦）“平衡压力流体成型”技术的吸引。其他系统包括 Techni Modul Engineering（法国库德斯）的自加热工具，该工具具有流体循环系统。这些工具方法可以使用各种介质（油、水或金属基流体）来对薄而轻的工具壳进行温度控制，并且它们比 RTM 中使用的传统金属工具成本更低。Regloplas Corp.（瑞士圣加仑和美国密歇根州圣约瑟夫）提供的另一种有效方法是，将一种用热水加热水管模具的系统与加压水相结合，同时模具在固化周期中位于热压罐内。加压水装置直接加热工具。
因此，它比热压罐的对流加热系统更快、更有效地将热量传递到零件上，后者加热容器内的空气，而不是直接加热工具。因此，热压罐主要用于提供固结叠层的压力。因此，在固化过程中的总能量消耗通常大大减少。Single Temperature Controls 股份有限公司（美国北卡罗来纳州夏洛特市）和 Westminster Solutions股份有限公司（美国康涅狄格州普莱恩菲尔德市）也提供用于管道工具的加热流体系统。
可用的检查系统为工具供应商和制造商提供了一种在生产前和生产过程中验证工具尺寸精度的方法。近年来，在更高的温度下保持尺寸稳定性的各种低成本建模材料已经进入了传统的工具制造。
一个日益增长的趋势是使用增材制造（3D 打印）快速创建原型工具、夹具和模具，甚至用于复合材料零件的叠层工具，从而实现更快的设计周期。更大、更强大的 3D 打印基础设施以及更高温度的树脂和碳纤维增强材料的增长将加速这一趋势。此外，大尺寸增材制造继续发展，特别是针对下一代航空航天应用：“大型增材机器处理大型模具。”
无论工具材料如何，脱模剂的重要性都不是过分强调。脱模会在模具和零件之间形成一道屏障，防止零件/模具粘附，并有助于零件拆卸。对于开放式成型，大多数脱模剂要么是蜡，要么是基于聚合物化学物质。在某些情况下，脱模纸会应用到模具上。其中，大多数是基于溶剂的载体溶液中的聚合物，例如脂肪族烃混合物。一些制造商更喜欢基于石脑油的释放，这种释放具有更长的保质期和更快的蒸发速率，并且被认为对复合工具表面的破坏较小。越来越严格的排放法规鼓励了水性排放的发展，这种排放不产生挥发性有机化合物，更容易清洁，对皮肤刺激的风险更小。
半永久性聚合物脱模系统使多个零件能够在一次应用中成型和脱模，而糊状蜡需要对每个零件重新应用。半永久性脱模剂-优选用于更好地控制挥发性有机化合物（VOC-volatile organic compounds）排放-是专门为满足树脂转移模塑（RTM）和其他闭模工艺的需求而配制的。
添加到树脂或凝胶涂层中的内部脱模剂，替代或添加到模具表面的外部脱模剂中，可进一步减少排放，对零件的物理财产和表面光洁度的影响可以忽略不计。拉挤加工需要内部脱模剂，因为零件是连续拉动通过模具的，不允许将外部脱模剂间歇性应用于模具表面。
固定、修整、钻孔就工装夹具而言，这通常是需要后固化修整或钻孔的非常大的复合材料零件的主要费用，许多方法是可能的，包括将零件固定在适当位置以进行后固化CNC加工的铝或钢结构。CMS北美股份有限公司（美国密歇根州喀里多尼亚）是提供通用夹具的几家公司之一，该夹具可快速符合零件形状，并牢固固定以进行后期固化操作。
Janicki开发了复合材料贴面和钻孔夹具生产技术，与金属相比可以节省成本。与大型金属结构相比，Janicki 使用其低成本的工具技术（带有机械腻子和玻璃纤维的木结构）实现了相同的公差，但成本要低得多。这是可能的，因为它“计时（clocks in）”铣削头的位置精度。Janicki 再次使用该工具的模式来制作这些低成本的修剪和钻孔夹具。因此，制造夹具的方法在工具制造中是付费的，这导致了显著的节约。