构建未来：探索连续纤维3D打印的先行者
时间:2024-05-29 09:02 来源:南极熊 作者:admin 点击:次
| 导读：连续纤维增材制造（Continuous Fiber Additive Manufacturing,
CFAM）是一种先进的3D打印技术，能够在打印过程中嵌入连续的纤维材料，显著提高打印件的结构强度和刚性。近年来，CFAM技术得到了显著的发展，尤其是在力学性能的提升、工艺参数优化、以及新材料的应用方面取得了进步。CFAM技术的有效应用推动了结构设计制造的转变，从“为制造而设计”向“为设计而制造”的理念转变。那么，目前聚焦于连续纤维增材制造技术的厂商有哪些？连续纤维增材制造的未来发展如何？ 阿奈索 阿奈索是全世界最早研究连续纤维技术的团队之一，多年来专注连续纤维共挤3D打印技术，主要制造轻量化、形状复杂且具有超高机械性能的复合材料零部件。2023年，阿奈索宣布将公司整体搬至中国，并更名为阿奈索三维打印有限公司，以上海为营销中心，苏州常熟为研发制造总部，并且已于2023年7月在国内完成了数千万元人民币的首轮融资。阿奈索在中国制造业第一大国的土壤上，能实现技术上更快速的升级迭代，产品生产上最大程度的降本增效。 
△阿奈索团队
主要技术 阿奈索的专利Composite Fiber Co-extrusion（CFC）复合纤维共挤技术可以在多种基体树脂材料中实现连续纤维增强，开放了材料体系，极大丰富了使用场景。得益于CFC技术带来的灵活的纤维体积分数，Anisoprint产品可以打印出多种形状的点阵结构连续纤维填充，在大幅降低制造成本与制造时间的同时，保持结构强度的均衡分布。 
△CFC技术示意图
阿奈索的Composite Fiber Co-extrusion（CFC）技术是一种创新的增材制造过程，用于生产轻质且强度高的复合材料部件，具有复杂的形状和内部结构。这一过程基于通过特殊开发的打印头将连续的复合纤维嵌入熔融塑料中。打印头包括两个挤出机，一个用于塑料（FFF），另一个用于复合材料（CFC）。复合挤出机有两个入口和一个喷嘴。中央入口用于复合纤维，侧面入口用于塑料。复合纤维通过中央通道进入，并由通过侧面通道进入加热块的熔融塑料包覆。通过挤出机喷嘴，连续纤维与熔融塑料层层铺设在工作面上，从而形成了增强连续纤维的复合部件。 CFC技术支持使用多种塑料，处理温度可达500°C，包括ABS、PLA、PETG、PA和PC等。材料可以根据部件的运行或经济参数的目标进行变化，以实现最佳性能。这项技术的优势在于它结合了形状的灵活性和广泛的塑料选择范围，能够制造出高质量的增强材料。例如，可以用于制造航空座椅支架、机器人腿部、乳品生产线的零件等。 亮点产品 1.工业级连续纤维3D打印设备——Composer Nova 
△Composer Nova工业级CFC打印机
Composer Nova主要解决四大痛点：打印速度慢、支撑结构难去除、纤维头易堵料、成本高昂。Composer Nova目前已经在海内外已经销售，客户包括法国米其林、日本本田等，以用于批量打印工装夹具等。 优势：具有新一代超高稳定性CFC打印头，可实现4个打印头独立自动切换。具备纤维铺设力度与速度全自动监控及调整，能够自动调平、自动校准、全封闭材料存储仓。设备支持水溶性支撑材料，非常便于去除支撑。设备还具有多种硬件检测和控制整个打印过程，包括材料感应传感器、纤维编码器以及张力传感器。 2.桌面级打印设备——Composer A3&A4 
△Composer A3&A4打印机
阿奈索的Composer A3和Composer A4是两款专业的桌面级连续碳纤维3D打印机，也是使用CFC技术来生产连续纤维增强的聚合物和热塑性部件。这两款打印机的主要区别在于打印的体积大小，A3打印机的打印体积为460 × 297 × 210 mm，A4打印机的打印体积为297 × 210 × 140 mm，更适小体积制造以及空间有限的环境。A3和A4的是两款已经销售多年的连续纤维3D打印设备，有超过一两百台的保有量。这两款产品最主要的三大特点是开源、开放、安全，在国内受到了极大的欢迎，尤其是高校和科研机构等。 
△阿奈索产品系列
阿奈索还有PROM系列打印机，这也是工业生产级打印机、 具备大尺寸定制方案、能够兼容高温材料。工业级高温材料连续纤维3D打印机prom IS 500，可以升级为四个打印头，打印超大成型尺寸。除了上述的产品系列外，阿奈索还有一款基于六轴机械臂打印设备——PROM PT，对于打印复杂的几何形状更加灵活适用，可以在3D维度上实现连续纤维3D打印。 协同高科 深圳协同创新高科技发展有限公司（协同高科）成立于2019年，核心以服务航空航天等重大工业领域产品的轻量化、高性能、数字化、智能化为目标，通过连续纤维、金属、陶瓷增材制造等多种3D打印装备、材料、工艺技术研发，形成完备产品链条。自成立以来，公司已面向航空航天等重大国防等工业应用场景推进增材制造核心装备的国产化进程，是一家累计完成20+项典型技术突破和产业拓展，形成50+项关键或共性技术突破，累计知识产权100+项的国家级高新技术企业，旗下已形成协同高科（XT）、云疆智造（YJ）和斐帛科技（Combot）等多个品牌。 
△协同高科参加TCT ASIA 2024展会，现场部分工作人员合影
主要技术 协同高科使用连续纤维增强热塑性聚合物基高性能复合材料进行3D打印，其CFAM技术不仅改进了传统3D打印零件强度不足的缺点，推动了3D打印技术向工业化应用的进程，还克服了传统复合材料成型工艺成本高、周期长的技术瓶颈。这使得高性能复杂结构复合材料构件的低成本一体化快速制造成为可能。协同高科的CFAM技术具有以下特点： ●高性能复合材料：采用连续纤维与热塑性聚合物为原材料，实现复合材料制备与复杂结构复合材料零件成形的一体化制造。 ●技术创新：协同高科的技术源自西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，致力于中国连续纤维复材3D打印的研发与应用。 ●专利技术：拥有大量专利，是中国首批连续纤维3D打印的团队之一，专利技术数量在国内排名第一。 ●工业应用：CFAM技术在航空航天、武器军工、高校院所、投资机构等领域获得青睐，以自主知识产权突破“卡脖子”技术，增强市场竞争力。 亮点产品 1.YJ-F600 
△YJ-F600
YJ-F600是协同高科推出的一款大尺寸大尺寸连续纤维增强打印机，打印幅面高达600*450*500，此设备集成了四室协温策略，将基板、喷头、料仓等温度协同起来，主要为了完成特种塑料基基体的打印过程，是工业级的一款设备。可以打印连续纤维体系、碳纤维体系、玄武岩纤维、玻璃纤维等，可用的材料范围非常的广，适合高性能材料的打印。 YJ-F600的核心优势在于其国内首创的工业级连续纤维3D打印智能装备，拥有自主知识产权。成型尺寸满足大多数工业构件需求，最高可实现410℃高温塑料打印，可用于生产具有连续纤维增强的高温热塑性复合材料。设备还配备了伺服电机+滚珠丝杆高精度控制，加热高温打印平台，大理石保温舱室，满足工业制造、科研等不同领域的使用需求 2.YJ-X300-M 
△YJ-X300-M
除了高温设备之外，还有低温设备YJ-X300-M，此设备的体积较小，幅面为350*350*350，打印温度在300-300摄氏度以下，能够打印PA、PC等材料体系，碳纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维也是没有问题的。YJ-X300是一款专为打印结构复杂的复合材料零件而设计的连续纤维3D打印装备，这款设备具有桌面机的价格和工业机的品质。具有双喷头协作打印功能，支持断点打印、区间打印，带自动剪断功能，使其能够在打印过程中实现连续纤维和树脂的精确控制，从而提高打印出的零件的力学性能和表面质量，既满足了科研使用，也能满足工业要求。 3.多自由度连续纤维3D打印平台 
△多自由度连续纤维打印平台
协同高科的多自由度连续纤维打印平台是一项先进的3D打印技术，通过增加打印过程中的自由度来提高打印零件的精度和质量。这种打印平台通常配备有多个运动轴，可以在多个方向上移动和定位，从而允许创建更复杂的几何形状和结构。协同高科的这款设备具有以下特点： ●机械臂：具有六个自由度，能够在三维空间内灵活移动。 ●打印平台：具有摆动和旋转两个自由度，增加了打印过程的灵活性。 ●双喷头设计：一个喷头用于打印基体材料，另一个喷头用于添加纤维材料，这样的配置有助于提高构件的力学性能。 ●应用：适用于需要斜面结构以保证力学稳定性的薄壳件，以及其他需要高强度和复杂形状的零件。 这种多自由度的打印平台在制造过程中可以克服材料各向异性带来的性能限制，特别是在Z轴方向上。此外，由于可以在不更换打印头的情况下完成两种材料的打印，因此可以提高打印效率和速度，降低制造成本。 长江工研院 长江工研院，即南京长江工业技术研究院有限公司，是一家由南京航空航天大学与南京市六合区人民政府共同成立的国有企业，在连续纤维复合材料3D打印装备领域取得了显著成就。 亮点产品 1.工业级500系列打印机 
△工业级500系列打印机
长江工研院推出的工业级500系列打印机主要针对工业生产环境下对复材构件极高的热稳定性、力学性能、化学稳定性及抗磨性能应用场景需求，设备采用液冷高温双协同打印头，结合高腔温和高基板温度，为纤维增强PEEK等高性能复合材料增材制造需求提供全套技术解决方案。设备的主要特点如下： ●专业性一双喷头支持短/连续纤维自动切换 ●高性能一高腔温适于PEEK等打印 ●开放性一广泛支持市场化及定制化丝材 ●灵活性一配套高可设计性路径规划软件 (责任编辑：admin) |