開創(chuàng)性技術(shù)：連續(xù)纖維復(fù)合材料3D打印Continuous Composites，獲阿科瑪投資

“我們這個(gè)3D打印技術(shù)極具破壞性，它將改變很多行業(yè)，例如航空航天、汽車、建筑、體育用品�！�

△3D打印的連續(xù)纖維結(jié)構(gòu)

2020年7月28日，南極熊獲悉，阿科瑪Arkema S.A. （法國(guó)哥倫布）投資了Continuous Composites公司，連續(xù)纖維3D打印技術(shù)（ Continuous Fiber 3D Printing technology ，CF3D的發(fā)明者）。這是家美國(guó)初創(chuàng)公司，專注于堅(jiān)固、輕巧結(jié)構(gòu)的開創(chuàng)性復(fù)合材料3D打印制造技術(shù)。
△強(qiáng)大的連續(xù)纖維鋪設(shè)3D打印機(jī)


Continuous Composites是一家領(lǐng)先的技術(shù)公司，已使用專利的CF3D技術(shù)，以及包括軟件、硬件、材料和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在內(nèi)的完整解決方案，徹底改變了復(fù)合材料制造技術(shù)。其核心技術(shù)正在顛覆高性能熱固性樹脂的復(fù)合材料設(shè)計(jì)和制造能力。

憑借在設(shè)計(jì)光固化液體樹脂的積累，阿科瑪沙多瑪業(yè)務(wù)線，有一個(gè)稱為N3xtDimension 的產(chǎn)品，使用連續(xù)纖維技術(shù)，為3D打印制造工藝開發(fā)新的解決方案。N3xtDimension 是阿科瑪平臺(tái)的3D打印解決方案的一部分，提供全球所有主要的3D制造技術(shù)的解決方案的系列產(chǎn)品。

△可自由運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人

△非常復(fù)雜強(qiáng)大的3D打印頭

2019年9月，兩家公司已經(jīng)簽署了一項(xiàng)聯(lián)合開發(fā)協(xié)議（JDA），專注于共同開發(fā)推進(jìn)CF3D工藝的N3xtDimension光固化樹脂。它使得生產(chǎn)具有高機(jī)械性能的定制化大型復(fù)合材料部件成為可能，應(yīng)用于航空、汽車、能源等領(lǐng)域。目前的開發(fā)研制項(xiàng)目包括與洛克希德-馬丁公司（美國(guó)）、空軍研究實(shí)驗(yàn)室（美國(guó)）和西門子的合作。

核心技術(shù)原理
CF3D的3D打印頭，可打印單束和多束配置的連續(xù)纖維。打印頭在原地浸漬纖維，擠出后立即固化 纖維+樹脂的混合材料。CF3D的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)不是固定的，在機(jī)器人和龍門架上都有可擴(kuò)展的硬件解決方案。


前所未有的材料性能
高性能、輕質(zhì)的復(fù)合材料將3D打印制造的性能和功能提升到一個(gè)新的水平。通過CF3D技術(shù)，材料可根據(jù)特定應(yīng)用進(jìn)行定制和靈活處理。這項(xiàng)技術(shù)正在開創(chuàng)新的局面，能夠在單步工藝中同時(shí)3D打印結(jié)構(gòu)纖維（如碳、玻璃、芳綸）和功能纖維（如光學(xué)、金屬）。用戶可以直接在結(jié)構(gòu)中打印傳感功能、電路和嵌入式器件。CF3D為制造業(yè)提供創(chuàng)新性的材料解決方案。


沒有任何限制
CF3D是一個(gè)自動(dòng)化的過程，通過在負(fù)載條件的方向上進(jìn)行離散打印，利用了連續(xù)纖維的真正各向異性特性。連續(xù)復(fù)合材料技術(shù)不需要模具、烘箱和高壓滅菌過程，直接實(shí)現(xiàn)終端生產(chǎn)。CF3D可以將多個(gè)組件合并成一個(gè)打印零件，并嵌入功能，所有這些都可以在一個(gè)制造過程中完成。CF3D的優(yōu)勢(shì)使成品復(fù)合材料部件的成本成倍降低，并且無(wú)論零件多大多小，都會(huì)支持。

Continuous Composites的CEO Tyler Alvarado表示，他們的技術(shù)不局限于通過2D切片打印，因此可以充分利用復(fù)合材料的各向異性特性，在每個(gè)方向上鋪設(shè)定向纖維；還可以針對(duì)每個(gè)客戶的應(yīng)用調(diào)整熱固性樹脂，例如，提升模量、或者是韌性、甚至是防火性能。CF3D還可以使用熱塑性樹脂進(jìn)行打印，甚至在同一結(jié)構(gòu)中使用熱固性和熱塑性材料進(jìn)行打印。
讓南極熊驚訝的是，CF3D可以打印碳纖維、玻璃纖維、凱夫拉纖維，甚至金屬線（銅線和鎳鉻合金線）和光纖，都可以嵌入3D打印的復(fù)合結(jié)構(gòu)中。這使得由復(fù)合材料制成的對(duì)象可以實(shí)時(shí)感測(cè)和收集數(shù)據(jù)，變成電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)監(jiān)視功能。

軟件控制

南極熊了解到，CF3D技術(shù)制造由Autodesk的AI驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)軟件開發(fā)復(fù)雜設(shè)計(jì)，并且可以充分利用連續(xù)纖維材料的各向異性特性來優(yōu)化載荷路徑。Comau機(jī)器人出色的軌跡控制和高重復(fù)性，以及CF3D中使用的熱固性樹脂的即時(shí)固化功能，使系統(tǒng)能夠通過自由空間、管子、多層碳纖維面板和自由空間快速打印無(wú)需支撐的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)與連續(xù)纖維材料橋接。

纖維含量

△連續(xù)纖維

據(jù)南極熊了解，他們?cè)?018年就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)50-60%的纖維體積，打印層壓板的可變壓實(shí)（variable compaction）已整合到打印頭。當(dāng)在自由空間中打印結(jié)構(gòu)時(shí)，并不是針對(duì)工具進(jìn)行壓縮，因此合并是不同的。結(jié)構(gòu)的第一層是無(wú)支撐的，因此，需要的壓力很小，因?yàn)闆]有什么可壓制。但是，隨后的分層機(jī)可以施加壓力以進(jìn)行壓實(shí)。"

Alvarado表示，使用12K碳纖維束和環(huán)氧樹脂，CF3D可以打印16束寬度。它生產(chǎn)出的三層厚樣品的孔隙率小于1％，平均抗張強(qiáng)度為111 ksi。這項(xiàng)機(jī)械測(cè)試是美國(guó)國(guó)防部承包商2017年項(xiàng)目的一部分。后來很快超過200 ksi。同時(shí)還完成了針對(duì)航空航天內(nèi)部應(yīng)用的防火、煙霧和毒性（FST）測(cè)試。

△視頻：連續(xù)復(fù)合材料3D打印技術(shù)

未來愿景
Continuous Composites愿景是打破3D打印制造的模式，利用復(fù)合材料推進(jìn)新的平臺(tái)和工藝。直接與行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者共同開發(fā)解決方案，確保CF3D技術(shù)商業(yè)化后可以高效地進(jìn)入市場(chǎng)。其團(tuán)隊(duì)、愿景和專利保護(hù)（截止2020.7.28已獲44個(gè)美國(guó)專利，61項(xiàng)國(guó)際PCT專利），正在點(diǎn)燃下一場(chǎng)工業(yè)革命。 △連續(xù)復(fù)合材料3D打印技術(shù)專利

最后，南極熊整理收集了連續(xù)復(fù)合材料3D打印技術(shù)的幾十個(gè)專利，提供給大家了解研究。鏈接：https://pan.baidu.com/s/1qGfb6jPKvQrlwDA9z27Ktg 提取碼：3ddd

中國(guó)的強(qiáng)大，需要技術(shù)進(jìn)步！

無(wú)支撐連續(xù)纖維3D打印https://v.qq.com/x/page/z3124cwpiku.html

CF3D技術(shù)詳細(xì)視頻https://v.qq.com/x/page/u3124kjr0u6.html

碳纖維