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国内首创连续纤维增强热塑性复合材料3D打印机即将上市

导读: 继上周推出的PEEK材料耐高温3D打印机之后,陕西恒通3D打印设备又添一员猛将---高性能连续纤维增强热塑性复合材料3D打印机。

  继上周推出的PEEK材料耐高温3D打印机之后,陕西恒通3D打印设备又添一员猛将---高性能连续纤维增强热塑性复合材料3D打印机。此款设备是由机械制造系统工程国家重点实验室3D打印研究团队与陕西恒通研发团队共同研发,为全国首创。

  碳纤维复合材料在航天、军工、电子等诸多领域都有着很广泛的应用,碳纤维复合材料是航空航天结构中最重要的组成部分,常用于飞机和航天器的内部骨架以及发动机等零件的固定支架等。随着科技的不断进步,碳纤维复合材料制品业进入了平常人的生活中,小到羽毛球拍,大到汽车无处不见到碳纤维复合材料的身影。碳纤维复合材料的强度要高于铜,自身重量却小于铝,与玻璃纤维相比,碳纤维还有高强度、高模量的特点,是非常优秀的增强型材料。还可以作为新型的非金属材料进行应用,它的主要特点有:高强度、耐疲劳、抗蠕变、导电、电模量、抗高温、抗腐蚀、传热、比重小和热膨胀系数小等优异性能。但高昂的制造成本限制了复合材料的广泛应用。与现有主要的复材制造技术,如热压罐成型技术、传递模塑(RTM)成型技术、缠绕成型技术、自动铺放技术相比,本次推出的复合材料3D打印工艺,具有成本低、效率高、无需模具、材料可回收利用等优势,能实现复杂结构复合材料构件的快速制造,详见表1。

  表格 1 复合材料3D打印工艺对比

  高性能连续纤维增强热塑性复合材料3D打印技术是以连续纤维增强热塑性高分子材料,实现高性能复合材料零件直接3D打印,采用连续纤维与热塑性高分子材料为原材料,利用同步复合浸渍-熔融沉积的3D打印工艺实现复合材料制备与成形的一体化制造。

  图1连续纤维增强聚合物基复合材料3D打印原理[1]

  经测试,所制备的Cf/PLA(Cf-27wt%)复合材料抗弯强度达到了350MPa左右,抗弯模量达到了30GPa,是传统PLA零件(48~53MPa)的7倍左右,如图2所示。经试验,采用复合材料3D打印工艺可以实现复杂结构复合材料构件的快速制造,图3为打印出的薄壁结构零件。

  图2可通过改变工艺参数实现复合材料力学性能调控

  图3碳纤维增强PLA复合材料薄壁样件,a)为薄壁圆筒结构,b)为尾翼结构

  随着该技术的成熟和3D打印设备的上市,将大大降低碳纤维复合材料制件的生产成本并提高生产效率,必将推动热塑性复合材料更广泛的应用。我们将择日在微信公众号上发布设备的图片及具体技术参数,请大家持续关注。

  相关知识产权-发明专利:

  (1)一种连续长纤维增强复合材料3D打印机及其打印方法,ZL2014103256503.3,2016.02,授权

  (2)一种纤维增强复合材料多自由度3D机及其打印方法,ZL201410325554.9,2016.08,授权

  (3)一种连续纤维增强复合材料3D打印头及其使用方法,201410706201.3,公开

  (4)一种连续纤维增强复合材料3D打印的多级送丝打印头,201510633569.6,公开

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