美國LLNL實驗室發(fā)明新技術 — 成功3D打印航空級碳纖維材料

南極熊2017年3月2日訊，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）近日通過他們開發(fā)出的全新微擠出技術成功實現(xiàn)了航空級碳纖維復合材料的3D打印，由此成為了全球最先取得這一成就的機構。目前，他們已經(jīng)將這項研究的論文發(fā)表到了自然科學報告雜志

眾所周知，碳纖維被稱為“未來的超級材料”。它強度非常高，但重量卻很輕，同時具備極高的耐熱型和極佳的導電能力，所以在很多方面都大有用武之地。但是，要想真正應用它卻并不容易，尤其是將它制成復雜形狀。因為目前處理碳纖維復合材料的方法在形狀上均有所限制。不過，這次LLNL的新技術卻擺脫了這種束縛，實現(xiàn)了碳纖維的自由3D成型。

根據(jù)項目負責人Jim Lewicki介紹，這項新技術其實是一種改進的墨水直寫技術（DIW，又稱Robocasting），是一種全新的化學方法。通過它，原先固化材料需要數(shù)小時，而現(xiàn)在幾秒就能搞定。

同時，在這個過程中，團隊利用LLNL的超級計算系統(tǒng)實現(xiàn)了對碳纖維流動情況的準確預測。“正是這種預測幫助我們解決了以往經(jīng)常遇到的噴頭堵塞問題。通過它，我們已經(jīng)可以順利打印出大尺寸物體了，”Lewicki解釋說，“用到的計算模型包括模擬數(shù)以千計的碳纖維絲經(jīng)3D打印機噴頭流出。這可以讓我們在實際打印時以最理想的方式排列纖維�！�

流體分析師Yuliya Kanarska繼續(xù)解釋說：“我們開發(fā)了一種數(shù)字代碼來模擬具有碳纖維分散體的非牛頓液體聚合物樹脂。通過這種代碼，我們可以模擬不同打印條件下3D物體中纖維方向的變化，進而找到最佳纖維長度，計算出最佳性能。但目前，這項研究還沒有完成。下一步，我們希望能做到通過磁力來穩(wěn)定這些纖維，從而實現(xiàn)更佳的排列。”

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

此外，這項新技術還有一個亮點，就是能在3D打印過程中讓碳纖維朝向同一個防線，而不是雜亂無章 — 這就能給予打印件更高的性能，比如在只消耗2/3原料的情況下帶來更高的強度。

目前，LLNL團隊正在進一步改進優(yōu)化這種新技術。另外，他們也已經(jīng)與航空航天、國防，以及商業(yè)方面的企業(yè)（機構）達成合作。

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編譯自 3ders