【3D打印展】一文看懂连续纤维复合材料的3D打印现状

广州国际3D打印展览会即将在2021年3月3-5日在中国进出口商品交易会展馆B区举行。邀您关注今日3D打印展新资讯：

       根据3D科学谷的市场观察，复合材料连续纤维的3D打印正在处于厚积薄发的节点上，而介于目前金属的3D打印多局限在航空航天及医疗这些高附加值产品的应用领域，3D科学谷认为当前的发展趋势使得塑料的3D打印将比金属的3D打印与应用端的结合面具有更加广泛的潜力。

       当然复合材料的连续纤维3D打印从技术上分为不同种类，让我们先来大致了解下国外目前这个领域活跃的不同的技术：

       乱花渐欲迷人眼的各种技术

       条条大路通罗马的技术

来源：compositesworld

       l In-situ impregnation-原位浸渍：将干纤维送入喷嘴，同时在通过共挤出进行沉积的过程中，通过一种或多种流入方式注入基质材料。在沉积前将基体引入，加热并原位浸渍纤维。

       l Co-extrusion with towpreg-丝束共挤出：代替干纤维，将预浸料/薄预浸料带送入喷嘴，加热并与其他基质材料共挤出。通常，丝束中的基质与共挤出中的基质相同。Anisoprint是一个例外，其中的预浸料基质是热固性的，而共挤出是热塑性的。

       l Towpreg extrusion-拖丝挤出：丝束料的输入被加热并挤出而没有任何其他材料。

       l In-situ consolidation-原位合并：这种工艺类似与热塑性塑料自动纤维铺放（AFP）的缩小版本，其中在沉积时将输入的热塑性丝束/预浸料带原位固化。在进料过程中，原料由喷嘴处的外部能源加热，然后在沉积过程中通过压力辊放置和固化。

       l Inline Impregnation-内联浸渍：与3D细丝缠绕类似，在将纤维传输到打印头时将其浸渍。如同丝束挤出一样，沉积是通过喷嘴进行的。

       另外丝束挤出通常被描述为熔融沉积（FDM），该术语由Stratasys注册了商标。

       在3D打印行业中，为了避免与Stratasys注册的商标发生冲突，通常用熔融长丝制造（FFF）表示该工艺。不过连续长丝制造（CFF）则具体特指使用连续纤维增强进行3D打印。

       此外，短纤维复合材料也不甘示弱，根据3D科学谷的市场观察，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室-LLNL的改进型直接墨水书写（DIW-也被称为robocasting）已经成功3D打印航天级碳纤维复合材料，成为第一个这样做的研究实验室。被描述为“终极材料”的碳纤维复合材料开辟了创造轻量化、强于钢件的可能。更多发展中的碳纤维打印技术，请参考《不仅仅是汽车，美国人玩3D打印的“大”趋势》

       打印机品牌举例

       一体式

       9T Labs：这是一家位于瑞士的公司，其开发的两步Red系列技术包括用于铺层的构建模块和用于整合碳纤维增强PEKK（聚醚酮酮）和PA12（聚酰胺）材料的Fusion熔化模块。9T Labs正在开发具有无限旋转功能的类似AFP工艺加工的复合材料制备工艺，并与法国一家先进的金属零件制造商Setforge建立了合作，证明了其生产相对大量高性能零件的潜力。

       Anisoprint：这家公司开发了双喷嘴复合纤维共挤出（CFC）技术，通过使用一个喷嘴进行FFF成型，将一个喷嘴进行碳或玄武岩丝料共挤出，可加工的材料从一系列PLA（聚乳酸）热塑性塑料到PEEK（聚醚醚酮）。更多信息，请参考3D科学谷之前发布的《连续碳纤维复合材料3D打印在智能自感应零件中的应用潜力》

       Desktop Metal:通过机器人工具更换器在FFF和μAFP（微型AFP）沉积头之间切换。其LT型号可以打印碳（CF）或玻璃纤维（GF）以及尼龙PA6，而其HT型号可以打印PEEK和PEKK，该公司同时生产台式和工业3D打印机。更多信息，请参考3D科学谷之前发布的《探索独角兽金属3D打印公司Desktop Metal的趋势逻辑》

       APS Tech Solutions：这是一家来自奥地利的公司，是一种CFF工艺，具有集成的在线切割机和带有四个打印头的自动更换系统。可用于加工多种材料，包括PLA，ABS，PEEK和用于烧结应用的金属/陶瓷。

       Markforged：这家公司开发了twin-n喷嘴连续纤维增强（CFR）技术通过使用CFR喷嘴将连续CF碳纤维，GF玻璃纤维或AF和PA增强到零部件中，该公司同时生产台式和工业3D打印机。更多信息，请参考3D科学谷之前发布的《投资界的碳纤维风》

       Impossible Objects:这家公司的CBAM技术类似于熔融沉积成型（FDM）技术，但是，与FDM直接在一个空的打印床上层积材料不同，该技术在一种纤维板上打印。通过这种打印工艺中，打印机的喷头将聚合物粉末堆叠起来，并用内置热源把它们融合在一起。最后，由一名技术人员将不需要的材料移除，打印过程就完成了。CBAM 打印过程中可以使用多种类型的聚合物粉末，从而产生不同的复合材料。更多信息，请参考3D科学谷之前发布的《高强度塑料3D打印设备Impossible Objects首批用户包括捷普》

       机器人/单元混合动力

       Arevo：这是家来自美国加利福尼亚州的公司，Arevo Labs通过可扩展的以机器人为基础的增材制造RAM（Robot-Based Additive Manufacturing）设备用来打印复合材料。3D科学谷曾介绍过该平台由一个市售的机械臂，复合沉积端执行器和一个全面的软件套件。目前软件是专门针对ABB IRB 120六轴机器人，但可扩展的软件也可以支持更大的ABB机器人型号和尺寸。此外，Arevo Labs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，而且使用其专有的3D打印技术和专用软件算法可以使用市场上现有的长丝融熔3D打印机制造产品级的超强聚合物零部件。

       CEAD：这是一家来自荷兰的连续纤维增材制造（CFAM）技术提供商，其Prime单元是基于龙门的，而其AM Flexbot是基于机器人的。两者都将颗粒挤压与单向（UD）胶带结合在一起。该公司最近与Royal HaskoningDHV和DSM一起打印了GF / PET材料的桥，其中使用了短切纤维和连续纤维，CEAD计划很快推出更大版本的系统。

       Mantis Composites：来自美国加利福尼亚州的公司，通过FFF工艺和五轴机床，可对太空和飞机应用中的复杂零件进行3D打印。尽管材料因客户和零件要求而异，但它主要使用碳纤维和高性能热塑性塑料（例如PEEK）。

       机器人3D打印

       Continuous Composites：来自美国爱达荷州的连续纤维3D打印（CF3D）系统在打印头中用液态热固性树脂原位浸渍连续干纤维，排出湿丝束，湿丝束在速熔聚合之前被固化通过高强度的固化源。连续复合材料自美国于2014年推出首台连续纤维3D打印机，使用各种干式连续纤维（包括电线和光纤）以及与阿科玛及其Sartomer子公司合作开发的速凝树脂。根据3D科学谷的市场观察，全球复合材料领域顶级展会JEC组委会曾将2019年度增材制造（3D打印）创新大奖授予美国连续复合材料公司、空军研究实验室、洛克希德·马丁公司。以来，据悉该技术有潜力重塑现有复合材料无人机、低成本复合材料航空结构的生产模式。

       Electroimpact：专注于研究超轻碳纤维材料打印塑形技术和大型设备。Electroimpact为包括土耳其航空航天公司（TAI）和中国西飞（西安飞机工业集团）生产设计过 E7000 机身铆钉枪，其中2014年五月份交付西飞的设备主要用于中国支线飞机 ARJ21 的机身铆钉和螺栓的安装。

       Ingersoll：基于英格索尔在龙门式铣床方面的技术，英格索尔的MasterPrint设备将不仅仅用于增材制造。该设备可以自动切换熔融挤出头至5轴铣削头，通过铣削加工来进行3D 打印加工的后处理工作。这是CNC机加工经验与自动纤维放置AFP（automated fiber placement）技术的结合。英格索尔在2018年IMTS芝加哥展会期间退出了一台打印机，可谓是高速大型增材制造设备WHAM的代表（WHAM是Wide and High Additive Manufacturing的简写)。其庞大的龙门式生产工作区域可以一次性打印7mx3mx14m尺寸大小的对象。

文章来源：3DScienceValley

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