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当碳纤维遇上3D打印技术

2016/11/10 9:40:39 来源:中国建材网 浏览量:5761

  对于制造业来说,碳纤维复合材料是一个重要的领域,碳纤维可以提供与金属相当的强度,但是其重量却非常轻,碳纤维在需要考虑重量与强度比的行业,如航空航天、汽车、轨道交通等行业中都有着广泛的应用前景。传统工艺制造碳纤维的过程十分复杂并需要大量的人力劳动,但是日益进步的3D打印为碳纤维制造带来了新的希望,一众3D打印企业开始聚焦于碳纤维复合材料,尝试用3D打印技术打造碳纤维复合材料制品,这些尝试一旦成功并获得推广使用的话,无疑会使碳纤维复合材料的制造更为便捷,同时大大减少人工投入。


  

原材料:碳纤维复合材料与热熔塑料的混合

  通过FDM熔融挤出的方式打印碳纤维需要将碳纤维复合材料与热熔塑料一起打印,例如利用PETG这样的热熔塑料,PETG这种材料,本身就有很好的延展性,而且它能在承受更高的CF负载的同时保持一定的延展性和抗冲击性。它能够很好地粘附在多种构建平台上,同时也具有优异的层粘合,而碳纤维的加入还能增加它的刚性和尺寸稳定性。荷兰colorFabb公司的XT-CF20打印材料里面就含有伊士曼化工的PETG材料以及20%的碳纤维材料,3DXTECH也是用伊士曼PETG材料结合高模量碳纤维制成复合材料。另外一家公司,Proto-pasta的碳纤维增强材料PLA,是一种玉米淀粉提取的衍生塑料和碳纤维复合材料的合成。


  

ArevoLabs:可扩展的以机器人为基础的增材制造RAM设备

  来自美国硅谷的ArevoLabs不仅提供碳纤维工业级3D打印机,还提供3D打印的新型碳纤维和碳纳米管(CNT)增强型高性能材料,使用其专有的3D打印技术和专用软件算法还能通过市场上现有的长丝融熔3D打印机制造出产品级的超强聚合物零部件。尤为重要的是,其推出了一个可扩展的以机器人为基础的增材制造RAM设备用来打印碳纤维复合材料。目前,该设备的软件是专门针对ABBIRB120六轴机器人,但可扩展的软件也可以支持更大的ABB机器人型号和尺寸,根据机器人的大小,打印体积可以从1000立方毫米达到8立方米。

  

ImpossibleObjects:CBAM工艺

  ImpossibleObjects的CBAM工艺原理是当CAD文件被切图成独立的位图层时,打印机就将热塑性液滴按照位图模型打印到碳纤维复合材料的基层上,随后基层材料中那些没有被液滴黏住的粉末被吹吸掉,只留下根据位图模型形成的粘结剂与复合材料。运用这种技术,打印出的零部件要比使用传统热塑性材料3D打印出来的部件强度要高2倍—10倍。该种设备可打印的尺寸是305mmx406mm,目前仍处于测试验证阶段,计划于2017年正式上市。


  

EnvisionTEC:工业级复合材料3D打印机

  EnvisionTEC于2016年中推出SLCOM1工业级复合材料3D打印机,用来加工碳纤维织物或其他品种的加强型芳纶纤维织物,可选择使用尼龙6、尼龙11、尼龙12、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚碳酸酯和很多其他材料予以增强。适用于航空航天、汽车、体育用品和医疗领域等高品质3D打印零部件的定制化。量身定制出来的产品充分体现出碳纤维非凡的韧性、耐候性、减震性能、高耐磨性和高强度重量比。

  

Electroimpact:AFP超薄碳纤维层铺叠技术

  Electroimpact开发的AFP超薄碳纤维层铺叠技术,使用碳纤维为原材料,打印设备很精细,但价格也非常昂贵,设备有着一个长达6.4米(21英尺)的机械臂,头部有16个类似于老式缝纫机上线轱辘的装置,整个手臂被架置在12米长的轨道上,可以围绕模型运动进行快速打印,大大节约零部件和原型产品生产时间,降低成本。


  

  如果说3D打印行业要获得千亿美金制造市场的更多份额,3D打印技术就需要在设备工艺与材料两方面发力,碳纤维的种种优势性能体现出这种目标变成现实的可能性,可以肯定的是,要跟传统制造业竞争,复合材料必将是3D打印成为主流技术的背后驱动力之一。然而,这仅仅是3D打印单方面的救赎,对于碳纤维复合材料方面来说,3D打印还仅仅只是提升自身成型效果的一种辅助手段,国内也有几家碳纤维复合材料制造商尝试将3D打印与碳纤维复合材料的成型结合起来,但是进展情况并不令人满意。

  从事碳纤维复合材料制造十余年的无锡威盛新材料科技有限公司,其产品供应于军工、汽车、高铁、医疗等多个行业,为寻求更好的成型方式,该公司也曾多次尝试与3D打印商合作,关于实验的结果,其研发部负责人总结为两点:“首先,我们国内的3D打印技术还不够完善,与国外一流的3D打印开发商的技术水平存在着相当大的差距;其次,碳纤维复合材料制品在应用上存在一定的要求,比如我们生产的高铁渡板支撑件,不仅在强度上有所要求,在防火阻燃等其它方面也必须达到高铁高速运行的安全性能标准,目前的3D打印技术在复合材料性能方面还无法做到。从打印成本上来说,也无法进行大规模批量生产,因此暂时还不具备实际意义”。但是该负责人也表示:“3D打印毕竟给我们提供了一条新的成型途径,它的意义不一定在成品上,在3D建模上的意义或许会更大一些”。


  

  恰如其言,不管此时的交汇与应用深度如何,当碳纤维邂逅3D打印,3D打印就为自身深入工业制造开辟了一条新途径,与此同时,也为碳纤维复合材料的制造提供了一个新的方向。

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