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尽管近年来3D打印聚合物和金属备受关注，但有一类材料在增材制造领域表现出了巨大的增长：复合材料。作为坚固如金属又轻盈如许多聚合物的材料，FFF 3D打印的复合材料通常包括聚合物基体和玻璃纤维或碳纤维等填充物。它们已经变得如此普遍，以至于全球复合材料3D打印市场预计到2030年将达到4.9047亿美元，而2023年已经达到1.9831亿美元。中国德州工业新材料研究院也认识到了复合材料在3D打印中的重要性。
该研究院成立于2021年1月，致力于研究、开发和商业化复合材料，应用于海事、5G通信、先进制造工艺和高端设备等领域。作为中国省级的“新型研发机构”，它也看到了转向3D打印的优势。该研究院正在与INTAMSYS合作，带头开展两项倡议，将3D打印应用于复合产品零部件的开发。
替代传统材料成型
3D打印被提出作为许多传统生产过程的替代品甚至补充品并不是什么新鲜事。原因在于，通过3D打印，复杂的几何形状更容易实现。此外，设计可以进一步优化以降低成本和交货时间。
在一个案例中，该研究院的任务是开发特定飞机发动机的进气歧管。进气歧管是发动机系统中的关键部件，直接影响整个发动机的性能，因为它们向气缸供应新鲜空气，以确保发动机中空气和燃料的适当混合。然而，由于其复杂的设计以及与制造模具、高成本和耗时的振动焊接过程相关的困难，开发可能会很困难。这就是3D打印的用武之地。
该研究院决定使用FFF 3D打印制造这些进气歧管。更具体地说，他们使用了INTAMSYS的610HT 3D打印机和PEEK-CF。选择这些设备是基于材料性能、设备能力和服务支持。
我们之前已经向您介绍过FUNMAT PRO 610HT。这款双喷嘴、大型格式的3D打印机专为打印高温热塑性材料（如PEEK、ULTEM和PPSU）而设计，并且可以处理各种材料，包括定制聚合物。这得益于喷嘴可达到500°C和加热到300°C的腔室，使得可以打印高性能材料而不会变形。
此外，该研究院和INTAMSYS的专家使用DfAM优化了设计和打印流程，制造了尺寸为218.4×216.4×95.4mm的零件。这导致了30%的重量减轻，最薄壁的厚度仅为1.7mm。零件尺寸也能够得到控制，以确保精确配合，测试显示其机械强度为100mPA，超过传统注塑成型的PA66-GF产品的30%，同时能够承受长期高达114°C的温度。
考虑到采用传统注塑成型工艺（包括模具）制造零件的成本约为27,803美元，而且需要45天的交货时间，3D打印的价值立即显而易见。该研究院能够将进气歧管制造成单一整体，从而将成本降低到传统方法的十分之一，并将生产交货时间缩短至仅需4-7天。
复合3D打印的混合制造
当然，复合3D打印不仅仅是作为替代传统方法的一种方式。它也可以整合到现有的工艺中。该研究院与中国一所大学合作，开发了一款复合材料机械手臂。
例如，为了制造机械手臂，使用了FUNMAT PRO 610HT和PEEK-CF作为内部支撑结构。最终的零件不仅尺寸庞大，而且具有曲面、高刚度重量比和出色的比强度。这展示了复合3D打印创造复杂、高性能零件的能力。
该大学随后采用预浸渍层压工艺将碳纤维包覆在3D打印的结构周围。这使得可以以经济快捷的方式制造轻量、坚固的复合材料机械手臂。最棒的是？可以避开昂贵的模具制造，同时仍实现与铝合金相媲美的结构强度。此外，复合3D打印还可以与传统的纤维缠绕、自动层压和压缩成型等技术相结合。
无论如何，很明显，工业新材料研究院展示了复合3D打印替代和补充传统工艺的优势，即通过提高复合零件制造的效率和降低成本。
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5月7日 09:00 - 17:30
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