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史无前例的创新美开发连续纤维复合材料原位略

2020-10-16 03:42:45 | 来源: 热菜

史无前例的创新!美开发连续纤维复合材料原位固化3D打印技术

5月15日,记者了解到,美国Spatial公司所属企业Dassault Systèmes与美国Continuous Composites公司合作,利用前者的3D打印软件和后者的连续纤维增强复合材料的3D打印技术(CF3D),开发了一种无模具、非热压罐复合材料成型工艺。

据称,CF3D工艺应用工业机器人直接对连续干纤维进行打印,并原位浸渍树脂,无需昂贵的模具、热压罐、烘箱等装备。该工艺适用于航空级碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维。在打印进程中,纤维在打印头中浸渍快速固化树脂。随后,在CF3D软件的控制下,工业机器人的打印头依照设计路径移动,预浸纤维也从打印头中被拉出。最后,预浸纤维在高强度能量源(如紫外光UV、热能等)作用下完成固化,从而构成3D复合材料部件。

“CF3D工艺摒弃了过去采取二维铺层堆叠出部件的传统工艺,实现了真正意义上的3D打印。因此,我们需要一套新的软件系统来驱动CF3D专利技术,”Continuous Composites 公司首席执行官Tyler Alvarado表示。“S真送钱patial的CGM Core Modeler不但为我们的软件提供了强大的几何运算支持,还赋予了打印头快速灵活的空间移动能力,为借助CF3D工艺打印出复杂形状的产品带来了便利。除CGM Core Modeler,CGM Polyhedra为工作流程带来更多的可能性也一样令人兴奋。现在,将Polyhedra和B-rep模型结合起来,工作流程实现了史无前例的创新。”

CF3D专利技术是一种革命性的复合材料制造工艺。

与采取昂贵的预浸纤维不同,它是在打印头内采取快速固化的热固性树脂对高性能的连续干纤维(如AS4、IM7和T1100等)进行浸渍。

该打印头被连接到采取CF3D 软件控制的1台工业机器人上。

将完全浸渍的纤维从打印头中拉出后,用高强度能源(如紫外线、热等)直接作用在湿纤维上,纤维瞬间固化,从而获得一个真正的3D复合材料部件。

由于纤维被拉出后立即固化,因此CF3D技术不需要模具或其他支持材料。

这使得设计可以随时更改,缩短了交付时间,而且复杂的设计可以采取又强又轻的复合材料被打印出来。

CF3D 不限于铺叠的2D层压板,还可以从XY平面向Z方向打印纤维,这就开启了设计的可能性,通过在主应力应变方向离散打印纤维,使得载荷路径得到优化。

现在,多个组件可以变成单独的一个部件,减少了紧固件,使得部件更轻、更有效。

双方的合作使Continuous Composites公司取得了授权使用行业领先3D CAD软件开发工具包InterOp的机会。同时,Spatial的3D InterOp工具包也使Continuous Composites能够将所有主流的3D数据交换格式引入到CF3D软件中去。

Continuous Composites仰仗该技术在今年的JEC展会上成为了3D打印类创新产品奖得主。

CF3D工艺的主要优势是:

☘消除了昂贵的资产设备,如模具、热压罐和加热炉;

☘自动铺放纤维,消除了昂对的人力本钱;

☘低成本地实现了高性能干纤维的原位浸渍;

☘可随时改变设计,复杂的设计能够用复合材料打印出来;

☘能够直接将功能打印到复合材料部件上。

CF3D工艺减少了密集的人工操作,消除了对昂贵的资本设备如热压罐和加热炉的需要,从而进一步着落了本钱和复合材料部件制造的进入壁垒。

CF3D部件也可以被打印成净形状,从而减少材料浪费并再进一步地降低成本。

由于CF3D 工艺是采取干纤维而且是原位浸渍,因此应用在工艺中的材料本钱指数低于预浸料(+50倍)。

CF3D能够打印结构纤维(如碳纤维、Kevlar芳纶纤维等)和功能纤维(如光导纤维、金属丝等)。

这项创新入选了2019 JEC创新奖3D打印类的决赛圈。参与研究的合作伙伴是空军研究实验室、FCA / Comau、洛克希德马丁公司和西门子。

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