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最新技术:碳纤维3D打印,第三部分

时间:2019-12-24 10:11 来源:中国3D打印网 作者:中国3D打印网 阅读:
极光尔沃
       中国3D打印网12月14日讯,到目前为止,我们已经介绍了碳纤维制造的一些关键方面,以及连续碳纤维与早期碳纤维3D打印模式下的短切相比。但是,还有一些新兴的3D打印复合材料方法。
 复合材料增材制造CBAM
        经过多年的研究,基于伊利诺伊州的Impossible Objects已开始商业化其基于复合材料的增材制造(CBAM)工艺。在CBAM中,粘合材料先沉积在增强材料片上,然后再用热塑性粉末填充,该粉末仅粘在粘合材料上。随后将粉末吹出或抽真空。剩下的只是增强纤维片上的塑料基质。相同的过程一层又一层地继续进行,这些薄片一个接一个地堆叠。最终将堆叠物压缩并移入将塑料基质融化在一起的烤箱中。从烤箱中取出物体后,使用化学浴或砂塑料将多余的基质材料除去,剩下最终物体。
      增强材料的范围从碳纤维和玻璃纤维到聚酯,聚乙烯醇,PLA甚至丝绸和棉花。由于粉末在最初沉积时不会熔化,因此基质材料的种类可能比其他3D打印过程宽得多。目前,该公司已演示了PEEK和Nylon 12的用法,但正在开发一种用于CBAM的弹性体以及其他材料。
股骨柄植入物部分由碳纤维-PEEK复合材料3D打印
  股骨柄植入物部分由碳纤维-PEEK复合材料3D打印
        使用这种技术打印的物体可以比通过熔融沉积建模(FDM)制成的零件强10倍。 CBAM-2 3D打印机能够使用12英寸x 12英寸的纸张进行打印,但是该公司的创始人Robert Swartz设想能够打印整个汽车引擎盖一样大的零件,并且速度可以达到每分钟100米。
      几何形状受所需的后处理限制。喷砂将限制形状的复杂性,因为很难达到内部几何形状。化学过程使结构更加复杂,因为多余的物质被溶解掉了。尽管CBAM不能制造出与使用传统复合材料制造的零件一样坚固的零件,但与使用传统技术生产的零件相比,它可以更快地制造更复杂的零件。而且还非常节省劳动力。
      CBAM-2仍然是新的上市产品,已于2019年5月推出,预计将于今年第三季度交付。但是,尚未发布有关初始发货的消息。我们确实知道Impossible Objects的旗舰Model One系统确实向包括福特汽车公司和捷普公司在内的客户推出。
CEAD
       Leapfrog 3D打印机的两位前联合创始人Lucas Janssen和Maarten Logtenberg离开了台式机3D打印业务,以开发大型连续碳纤维3D打印机。两人成立了一家名为CEADgroup的公司,致力于创造出大型,快速,可靠且能够生产坚固零件的产品。结果就是连续纤维增材制造(CFAM),据该公司称,该工艺可以以15公斤/小时的速度3D打印尺寸为4m x 2m x 1.5m的零件。如在注塑成型行业中通过使用工业挤出机和料斗来处理塑料颗粒,可以实现快速沉积速度。迄今为止可以印刷的基质材料包括PET,PP,ABS和PEEK。增强材料仅限于碳纤维和玻璃纤维,但该公司希望扩大到包括光学玻璃,铜和钢纤维。

       CEAD声称CFAM通过加入连续纤维增强材料可以使部件的强度提高六倍,但是尚未公开将增强材料送入印刷品的确切性质。

阿雷沃( Arevo
     Arevo是硅谷的一家初创公司(部分由CIA的In-Q-Tel支持),已经开发了一种基于激光的碳纤维打印方法。该过程将沉积预浸渍的连续碳纤维长丝,并同时用激光加热它,然后用辊将其压缩到构建表面上。沉积头安装在多轴机械臂上,可以在最适合零件设计的任何方向上进行3D打印,从而弥补或利用碳纤维的各向异性。 Arevo开发的软件还可以通过使用仿真来优化设计。到目前为止,Arevo已通过为多家公司制造自行车车架展示了其定向能量沉积(DED)技术的功能。最近,它与日本的AGC合作提供制造即服务。


  连续复合材料
       另一家开发3D打印连续碳纤维方法的初创公司是位于爱达荷州的Continuous Composites。其连续纤维3D打印(CF3D)方法将一卷干碳纤维送入安装在七轴工业机器人的打印头中。在打印头内部,纤维用快速固化的光敏聚合物树脂浸渍,然后通过末端执行器抽出,并立即用强大的能源固化。像Arevo的机器人一样,七轴臂可以使纤维以克服或利用材料的各向异性特性所需的任何方式进行定向。与Arevo不同,干碳纤维被用作起始材料,有可能改善最终零件的物理性能并开放各种可用的基质材料。有趣的是,树脂的固化还允许CF3D工艺在空中打印。
    迄今为止正在开发的增强材料包括:碳纤维,玻璃纤维,凯夫拉尔纤维,连续铜线,连续光纤,镍铬合金线和碳化硅。虽然可以使用光纤将传感器嵌入零件内,但是铜线可以嵌入电子器件,而镍铬合金可以为除冰应用产生热量。Continuous Composites正在开发自动工具更换,以交换装有不同纤维和树脂的打印头。树脂正在与潜在的客户一起开发,但是到目前为止,该公司已经开发了一种耐候,耐紫外线的塑料,具有高玻璃化转变温度,并且该材料符合联邦航空局的烟,火和毒性要求。
  强化
        正如我们在该系列文章的前一篇文章中提到的那样,短切碳纤维比连续碳纤维要弱。但是,Fortify是一家初创公司,凭借其数字复合材料制造(DCM)技术,该材料的分段特性具有独特优势。DCM是一种新型的数字光处理(DLP)技术,其中使用投影仪来固化光敏聚合物树脂。在DCM的情况下,液体中会填充增强添加剂,例如切碎的碳纤维,这些添加剂会在打印过程中使用磁场对齐。
     反过来,可以在必要时对添加剂进行定向,以实现整个零件的最佳物理性能。 DCM可以生产与标准DLP零件具有相同几何复杂度的零件,但支撑结构较少且悬垂较大。到目前为止,该公司仍处于早期阶段,为潜在客户制造零件,但是到目前为止开发的增强材料包括碳纤维,玻璃纤维和高温陶瓷添加剂。特别是,该公司认为其技术对于注塑成型的印刷工具很有价值。
       除了本系列中提到的初创公司之外,还有更多的知名公司和研究机构用碳纤维做有趣的事情。 2016年,EnvisionTEC(DLP的发明者)展示了一款大型3D打印机,据说该打印机能够进行3D打印复合材料。但是,从那以后我们什么都没听说过,所以有人想知道它是否真的存在。 Stratasys还曾与西门子一起开发一种碳纤维3D打印方法,但在这方面也没有任何更新。
     橡树岭国家实验室(ORNL)也一直在研究这种材料,已经协助辛辛那提公司提供了大面积增材制造技术。该工艺的特点是将短纤维填充的塑料迅速沉积到接近最终形状,并负责3D打印Shelby Cobra复制品以及Local Motors的车辆。 Thermwood创建了该过程的另一个版本,据报道Ingersoll将于2016年与ORNL在更大的系统上合作,但到目前为止尚未提供更新。
   

(责任编辑:中国3D打印网)

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