美國(guó)LLNL實(shí)驗(yàn)室發(fā)明新技術(shù) — 成功3D打印航空級(jí)碳纖維材料

南極熊2017年3月2日訊，美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）近日通過(guò)他們開(kāi)發(fā)出的全新微擠出技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了航空級(jí)碳纖維復(fù)合材料的3D打印，由此成為了全球最先取得這一成就的機(jī)構(gòu)。目前，他們已經(jīng)將這項(xiàng)研究的論文發(fā)表到了自然科學(xué)報(bào)告雜志

眾所周知，碳纖維被稱為“未來(lái)的超級(jí)材料”。它強(qiáng)度非常高，但重量卻很輕，同時(shí)具備極高的耐熱型和極佳的導(dǎo)電能力，所以在很多方面都大有用武之地。但是，要想真正應(yīng)用它卻并不容易，尤其是將它制成復(fù)雜形狀。因?yàn)槟壳疤幚硖祭w維復(fù)合材料的方法在形狀上均有所限制。不過(guò)，這次LLNL的新技術(shù)卻擺脫了這種束縛，實(shí)現(xiàn)了碳纖維的自由3D成型。

根據(jù)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Jim Lewicki介紹，這項(xiàng)新技術(shù)其實(shí)是一種改進(jìn)的墨水直寫技術(shù)（DIW，又稱Robocasting），是一種全新的化學(xué)方法。通過(guò)它，原先固化材料需要數(shù)小時(shí)，而現(xiàn)在幾秒就能搞定。

同時(shí)，在這個(gè)過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)利用LLNL的超級(jí)計(jì)算系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)碳纖維流動(dòng)情況的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。“正是這種預(yù)測(cè)幫助我們解決了以往經(jīng)常遇到的噴頭堵塞問(wèn)題。通過(guò)它，我們已經(jīng)可以順利打印出大尺寸物體了，”Lewicki解釋說(shuō)，“用到的計(jì)算模型包括模擬數(shù)以千計(jì)的碳纖維絲經(jīng)3D打印機(jī)噴頭流出。這可以讓我們?cè)趯?shí)際打印時(shí)以最理想的方式排列纖維。”

流體分析師Yuliya Kanarska繼續(xù)解釋說(shuō)：“我們開(kāi)發(fā)了一種數(shù)字代碼來(lái)模擬具有碳纖維分散體的非牛頓液體聚合物樹(shù)脂。通過(guò)這種代碼，我們可以模擬不同打印條件下3D物體中纖維方向的變化，進(jìn)而找到最佳纖維長(zhǎng)度，計(jì)算出最佳性能。但目前，這項(xiàng)研究還沒(méi)有完成。下一步，我們希望能做到通過(guò)磁力來(lái)穩(wěn)定這些纖維，從而實(shí)現(xiàn)更佳的排列�！�

這項(xiàng)新的3D打印和模擬方法可令“用碳纖維材料精確制造出復(fù)雜物體”成為現(xiàn)實(shí)，包括更好地控制這些物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。最終，它將能夠打印出高性能飛機(jī)機(jī)翼，單側(cè)絕緣衛(wèi)星組件，以及絕緣可穿戴設(shè)備等。

此外，這項(xiàng)新技術(shù)還有一個(gè)亮點(diǎn)，就是能在3D打印過(guò)程中讓碳纖維朝向同一個(gè)防線，而不是雜亂無(wú)章 — 這就能給予打印件更高的性能，比如在只消耗2/3原料的情況下帶來(lái)更高的強(qiáng)度。

目前，LLNL團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)一步改進(jìn)優(yōu)化這種新技術(shù)。另外，他們也已經(jīng)與航空航天、國(guó)防，以及商業(yè)方面的企業(yè)（機(jī)構(gòu)）達(dá)成合作。

延伸閱讀：
《3D打印碳纖維復(fù)合材料新方向》
《3500美金起售！Markforged推出2款新型碳纖維3D打印機(jī)》

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編譯自 3ders