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收藏:11家碳纤维3D打印公司,高强度高模量


来源:南极熊    作者:三的部落    时间:2018/10/12 9:40:13

碳纤维是高强度、高模量新型纤维材料,是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌,再经碳化及石墨化处理而得到的。这种材料“外柔内刚”,质量比铝还要轻,但强度却高于钢铁,并且具有耐腐蚀等优异特性,在国防军工和民用方面都有很高的应用价值。正因为具有如此优异的特性,碳纤维这种材料在几年前就进入到了3D打印的视野中。

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碳纤维可以提供与金属相当的强度,但其重量却非常轻,在需要考虑重量与强度比的行业,如航空航天、汽车、轨道交通等行业中有着广泛应用前景。传统工艺制造碳纤维过程十分复杂并需要大量人力劳动,采用3D打印技术无疑会使碳纤维复合材料的制造更为便捷,同时大大减少人工投入,下面是碳纤维3D打印的几种主流技术。

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1. 激光烧结技术
材料特点: 短纤增强尼龙、PEEK、TPU等粉末材料
工艺特点:以一定比例混合短切碳纤维和尼龙材料,通过激光烧结实现一体成型。

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2. 多射流熔融技术
材料特点: 短纤增强尼龙、PEEK、TPU等粉末材料
工艺特点:通过灯管加热,在助溶剂作用下零件截面汇集足够热量实现熔化成型。

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3. FDM技术
材料特点:长纤增强PLA、尼龙、PEEK等丝材
工艺特点:通过FDM技术将长纤维填充进常规丝材中,起到增强作用。

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此外,还有碳纤维编织、铺叠等专业的碳纤维制造领域专用技术。

碳纤维材料和3D打印技术的结合可能对未来工业制造产生颠覆性影响。追根溯源,得先从两者的独特优势来说。碳纤维材料拥有其他材料没有的性能:轻质、高强度、高导电性、高耐腐蚀性。而3D打印技术则能提供快速的设计迭代,制造出传统工艺无法完成的复杂部件,还能让设计更自由。碳纤维3D打印发展潜力巨大,然而就目前看,这项技术的大规模应用还有很长一段路要走。设备和材料的高昂价格、技术难题让很多人望而却步。

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接下来就盘点一些有哪些碳纤维3D打印企业。

①Arevo Labs
Arevo Labs是一家集碳纤维3D打印硬件、软件和材料开发的公司,曾研制出碳纤维与碳纳米管加强型3D打印线材,开发了世界首个基于云平台的智能AM软件,能精确控制碳纤维方向。另外,该公司在2015年开发出一个基于FDM技术的机器人3D打印平台,能使用碳纤维复合材料制造出超强部件。

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AREVO于2018年5月份获得1,250万美元(8000万人民币)的B轮融资。Arevo的技术将3D打印、基于网络的软件和定制原材料结合在一起。 它使用安装在机器人手臂上的“沉积头”来碳纤维打印出自行车车架的三维形状。 这项技术能够让Arevo以300美元的成本制造自行车车架。

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凭借其新资本, Arevo希望将其软件和制造工艺商业化,以生产高强度零件,特别是航空零件。  CEO  Miller说:“我们可以打印出你想要的尺寸,包括飞机的机身,碳纤维飞机的机翼。”


②MarkForged
MarkForged是碳纤维3D打印企业中商业认可度最高的,该公司于2014年推出世界首款桌面级碳纤维3D打印机Mark One,能将打印速度提升90%,同时还比传统工艺便宜70% 。据了解,该公司的专利3D打印技术主要依赖于其独有的双打印头,其中一个挤出尼龙材料而另一个则挤出专用的增强材料。MarkForged又推出了它的升级版---Mark Two,性能比第一代设备更优。

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③Electroimpact
Electroimpact公司主要致力于为航空制造行业提供纤维布置(AFP)设备。具体来说,该设备能在大型复杂部件上高速铺设复合碳纤维材料,速度可达2000英寸/分钟。该技术能用于机翼、机身等大型飞机部件的制造。而为了进一步满足航空制造的要求,该公司对其独有的AFP设备作了加强改进,不仅速度得到了更快的提升,还增加了材料的兼容性。据了解,空客、波音等大型航空公司都是其客户。

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为了更好地满足制造大型航空部件的需求,2016年该公司经过重新设计打造出了一款更强大的AFP设备。它是模块化的,配有机械臂,能快速更换打印头,有更长的工作轴和更快的材料沉积速度,还能使用更多种类的材料。目前,世界最大的飞机结构件供应商之一Spirit AeroSystems公司已经购买了两台这种新设备。此外,空客、波音、庞巴迪和巴西航空这些大公司也是该公司的客户。

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NASA 位于阿拉巴马州的马歇尔宇航中心,用于建造火星等载人航天器中的零部件购买过Electroimpact的3D打印设备。基本工作原理和常见的3D 打印机类似,可以打印最宽近 8 米(26 英尺)的部件,这几乎是航天器上零部件尺寸的上限了。比较核心的一点是 Electroimpact 开发的 Automated Fiber Placement(AFP,碳纤维自动放置)技术,最直接的效果是打印大型部件的速度,在不平整和复杂的表面上,它的打印速度可以达到 2000 英寸/分钟,也就是 50 米/分钟。


④Impossible Objects
Impossible Objects是一家美国3D打印公司,以复合碳纤维3D打印技术CBAM闻名,已经推出了采用此技术的首款3D打印机Model One。Impossible Objects推出了其革命性的碳纤维3D打印技术---CBAM,能打印碳纤维和玻璃纤维等材料,甚至宣称可以制造出同类产品10倍强度的物件。CBAM技术的加工过程中需要向碳纤维层喷射粘合剂,另外后期的热处理去除粘合剂的过程也必不可少。

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凭借以上这些,该公司再次成功获得资本青睐,在A轮融资中得到了640万美元(约4217万人民币)。值得一提的是,如果算上之前的部分,该公司迄今为止得到的总投资额就超过了900万美元(约5900万人民币)。

⑤EnvisionTEC
EnvisionTEC与2016年中推出SLCOM 1工业级复合材料3D打印机,该打印的核心技术是EnvisionTec拥有专利的SLCOM(selective lamination composite object manufacturing )技术。SLCOM可以用来加工玻璃纤维织物、碳纤维织物或其他品种的加强型芳纶纤维织物,可选择使用尼龙6、尼龙11、尼龙12、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚碳酸酯和很多其他材料予以增强。适用于航空航天、汽车、消费品、体育用品和医疗领域潜在应用的高品质3D打印零部件的定制化。这些复合材料可度身定制,使其具备非凡的韧性、耐候性、减震性能、不易燃性、高耐磨性和高强度重量比。

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⑥Stratasys
2018年8月,美国3D打印巨头Stratasys正式发售价格实惠的碳纤维填充尼龙12材料专用增材制造系统,该工业级Fortus 380mc碳纤维3D打印机曾在今年3月首次亮相,目前已经面向全球市场正式出货。

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Stratasys预计,生产工具和夹具的企业,以及汽车、休闲运动装备、海洋装备、矫形器和假体、国防、航天、医疗器材、石油和天然气等行业将率先使用Fortus 380mc CFE 3D打印机。


⑦AON3D
AON3D全新的AON-M2 3D打印机拥有“同类产品中最佳的温度性能”,这款全新的3D打印机可以打印PEEK,Ultem和其他航空级热塑性塑料(包括碳纤维填充型号),打印仓温度可以达到120°C,AON3D认为这对于第一层粘合,减少零件翘曲以及改善层间粘合至关重要。打印喷头的温度可以加热到450℃。

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在尺寸方面,3D打印机具有455 x 455 x 635毫米(18 x 18 x 25英寸)的大型构建区域,可用于大型部件或批量作业的打印。其最大XY速度为500 mm / s,最大Z速度为100 mm / s,Z层高度为0.05 mm至0.5 mm,理论XY分辨率为0.025 mm。

⑧多巴科技
早在2016年,北京多巴科技自行研发出了适合家具行业使用的碳纤维3D打印机,可以打印出巨大的异形家具,而且打印速度(按照单位时间出料量)比普通FDM快50倍、相同体积比ABS/PLA等塑料轻15%、强度比普通ABS/PLA高300%。

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2018年5月,中国铸造协会第八届会员代表大会暨第十四届年会在北京开幕,多巴科技在本次展会上展示出的3D打印与铣削复合加工中心,该设备主要可以打印碳纤维复合材料和玻璃纤维符合材料,售价是96万左右,制作木模具比传统木模制造效率提升5-10倍,而成本降低50%。

⑨Cikoni
该公司开发出了一种名为AdditiveCARBON的混合制造技术,可以将碳纤维添加到3D打印过程中,从而制造出碳纤维增强结构。通过机器人支持的3D缠绕工艺来铺放碳纤维,在3D打印基础结构充当压缩负载的情况下直接沿负载路径实现连续的碳纤维增强。

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这种混合技术能降低碳纤维3D打印件的制造成本并缩短制造时间。此外,它还能减少打印件的必要构建体积。总体而言,它十分适用于制造医用假肢、飞机部件这样“既需要尽量轻,又需要不同组件有明显区别”的物品。

⑩斐帛科技
斐帛科技研发的高性能纤维增强复合材料增材制造(3D打印)技术,打印的Cf/PLA复合材料抗弯强度达到了390MPa,是传统PLA零件(48-53MPa)的7倍,性能与铝合金相当,重量却减少五分之二。

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连续纤维增强复合材料轻质结构被广泛应用在航天航空、高速列车和船舶等领域,然而传统制造工艺无法对其一体化成型,周期长、成本高限制了复合材料轻质结构的应用,因此,该公司提出了基于连续纤维增强复合材料3D打印的复合材料轻质结构的一体化制造工艺,所制备的连续芳纶纤维增强PLA复合材料轻质结构,在纤维体积含量达到11%时,抗压性能达到17MPa,其性能优于传统制造方式的波纹轻质结构。

⑪Fortify数字复合材料制造

Fortify由东北大学的毕业生创立,“优化复合材料的微观结构”,“使优化的复合材料易于制造。”总部位于马萨诸塞州波士顿的公司开发了其专有的Flexprint技术,将磁性与数字光处理相结合( DLP)准确地管理复合纤维的排列。

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Fortify的联合创始人兼业务开发副总裁Karlo Delos Reyes评论说:“这是一个激动人心的时刻,开展3D打印业务,我们认为我们拥有针对各种应用的差异化和引人注目的技术,我们很高兴能够在展会上展示并向更大的Formnext社区展示Fortify的数字复合材料制造。”


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△Flexprint 3D打印碳纤维部件,用于航空航天


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