碳纤维复合材料是轻质、高强度的工程材料，其强度是钢的10倍，是铝的八倍，是这些材料重量的一小部分。近十年来，复合材料制造业已成为澳大利亚的一个增长点，带动了新的出口市场。然而，为了保持这种领先性和势头，要克服的关键挑战是提高费率和降低生产成本。这只能通过使用自动化和数字化来减少缓慢和劳动密集的手工过程。

目前有两种用于这些材料的三维（3D）打印的现有方法。第一种方法仅适用于小的样品尺寸；它涉及用少量的纤维丝束来增强聚合物3D印刷结构，从而导致基本上与基本聚合物相同的性能。第二种方法是将短（5毫米以下）短切碳纤维分散到聚合物基体中，聚合物基体可以3D印刷成更大的结构。然而，短纤维低于纤维长度赋予基体的临界长度。在这里，我们报告了第三种方法，利用多头自动化纤维/带放置技术，这使得能够制造相当于传统制造复合材料的机械结构的大结构。这种方法有助于从设计到制造过程控制，以及从自校正到监视智能复合结构的在职性能的生产过程的数字化。该设施是六个澳大利亚工业4个试验室之一，在国家网络中建立，如在最近的报告中概述的。.

在一个典型的生产线中，产品的变更或修改需要显著的线路修改和人工干预。因此，对于这样的产品改变是有利可图的，需要新产品的最小批次尺寸。相比之下，在行业4的愿景中，智能工厂允许个人客户的需求，甚至一次性项目盈利。这样的工厂可以很容易地代表客户和供应商响应最后一刻的变化。因此，拟议的生产线的主要目标之一是使其能够生产不同的产品，很少或没有人工干预。这种方法将得益于对过程-结构-性能-绩效（PSPP）关系的有力理解，这是QI等人在本期论文中提出的一个挑战。已经通过神经网络算法的应用取得了重大进展。

在制造业的4个愿景中，智能机器、存储系统和生产设备自动交换信息、触发动作和协调任务。. 因此，显著的努力已被扩展，以使在所提出的生产线的不同阶段之间的机器之间的这种网络化。斯温伯恩的TestLabor将使用西门子PLM软件平台，包括MyType，使来自不同厂家的设备能够相互通信。比严格必要的更多传感器将使生产线的每个阶段收集大量的过程数据。该信息将存储在安全的本地云中，并且也将立即用于前馈和反馈生产数据到线路中的其他机器，从而实现自适应生产过程。

图1所示的建议线被设计为允许在制造过程的每个阶段之后进行产品检查。检查数据也将存储在本地云中。分析存储在云中的大数据集可能导致在成品的状态和制造过程的不同阶段的参数之间发现新的和意想不到的相关性，进而可以利用该结果来优化产品。该方法在GaN等人的论文中得到应用。在这个问题中，这些学者利用自组织映射来可视化大数据集从添加剂制造过程。从数据分析中获得的这些信息将有助于机器到机器的通信，并导致在碳纤维零件制造中引入3D打印方法，即所谓的填充“多层”工艺。这是世界上第一个高速3D打印过程，这将通过增加生产速率和最小化成本和浪费来改变复合设计和制造，同时增加设计和工艺灵活性。这样，就可以实现由这些材料制成的产品的大规模定制。

一个行业4的复合生产线不能作为现成的解决方案购买，因为一些组件或概念不是商业上可用的。因此，斯温伯恩开发了一个供应商和最终用户的网络来通知设备的设计和开发。该网络包括全球原始设备制造商（OEM）和1级供应商，以及澳大利亚中小企业（SMES），它们集成到其供应链中。TESTLAB将数字化集成三个关键部件：①填料的多层工艺，②沉积纤维的预成型，③树脂注入和固化。中心部分将是填充物的多层工艺（图2），这是一种独特的方法，用于3D打印的纤维，它是完全数字化控制的，并且能够每15秒沉积一层（1.6米×1.6米的工具）。这个过程使得前所未有的生产速率、设计灵活性和纤维取向的控制。为了最大限度地发挥这一过程的设计灵活性，与斯图加特大学的ARNEA2036合作将探索使用新的数字设计技术来优化纤维取向和部分几何形状，重点是设计制造。

成立于1966，目前雇用约800人，是全球领先的设计和供应自动化解决方案，机械和设备的各种工业部门，并位于奥地利Gurten。新的预叠多层系统能够在汽车工业所要求的非常短的循环时间内产生近净形状的纤维堆叠。该概念在零件设计和材料节约方面提供了高度灵活性。该过程接受材料输入作为阀芯的进给，并有可能利用碳纤维增强的热塑性带、低粘性预浸系统和碳纤维丝束。它能够以高度控制的方式在每15秒内将一层纤维沉积在可旋转的堆叠桌上，这意味着部件可以被定制并以可控和高效的方式形成3D部件。世界上第一台多层机器将由填充材料提供，它的原型是在2019年3月在巴黎JEC世界推出的。

结合填充多层工艺的TestLabor被设计成多功能和可扩展的，以便用户能够在开发它们时测试和实现新概念。

在联邦政府的支持下，一个全国性的工业4网络实验室正在澳大利亚建立。每个测试实验室将专注于一个不同的产品，涉及一个独特的网络-物理系统。斯温伯恩的工业4 Testlab的3D打印复合材料将纳入世界第一添加剂制造方法在制造这些轻质工程材料。其结果将是一个示范性制造过程的数字化改造，同时促进研发。它将展示澳大利亚工业4的愿景，并能与德国的PultFieldI工4国际先驱和美国工业互联网联盟合作。斯温伯恩已经与德国的全球经济建立了伙伴关系（斯图加特大学的ARNEA2036和应用科学大学Ravsbun WeialARTN）、奥地利（Prand）和以色列（Turbin），并与澳大利亚公司（QuixPixTechnologies，SysStand）进行工业4平台能力开发。这包括基础研究和快速原型技术，导致新技术的商业化。