從凱夫拉爾纖維到人造木地板,到處都有復合材料。它們堅固,尺寸穩定,耐磨損且耐腐蝕。


盡管飛機機身通常由復合布和環氧樹脂的交替層制成,但大多數由碳纖維,玻璃填充物或金屬粉末增強的熱塑性塑料制成。最終的結構非常堅固,輕巧。

在復合材料中調整添加劑可改善3D打印零件性質

然而,制造這些結構具有挑戰性。手動過程既耗時又需要大量技能。因此,自動化方法效率更高,但需要在復雜且難以擴展的機械上進行大量投資。


對于較小的零件,3D打印已被證明是可行的選擇,但技術障礙阻礙了其廣泛采用。問題之一是在構建過程中功能性添加劑(顆粒和增強纖維)結塊和沉降。另外,在傳統的3D打印機上幾乎不可能實現光纖對準。


停止沉淀


Fortify開發了Flux One 3D打印機,該打印機解決了與打印復合零件相關的問題。這家位于波士頓的初創公司將其流程稱為“數字復合材料制造(DCM)”。


Fortify業務開發副總裁Ben Arnold表示,這些技術中最重要的技術是連續動力學混合(CKM)。通過將體系的光敏聚合物樹脂與功能性添加劑共混,連續循環以及在某些情況下在整個印刷過程中加熱所得混合物,可以防止結塊和沉淀。


這些添加劑包括金屬薄片,碳纖維或陶瓷纖維以及阻燃劑,每種添加劑均具有理想的特性,如果沒有CKM,這些特性將難以利用。更重要的是,這些特性在整個構建過程中是一致的,Fortify首席執行官兼聯合創始人喬什·馬?。↗osh Martin)提出的一個屬性在許多3D打印機的設計中都缺失了。


他說:“使用傳統的3D打印機,沉淀可能在幾分鐘之內發生,因此,與底部相比,底部的物理特性會有所不同?!?解決方案通常是使用盡可能小的添加劑顆粒,但這往往會限制印刷零件的功能特性。CKM消除了所有這些,為使用更重的添加劑和更高濃度的添加劑打開了大門,同時實現了一致的材料性能?!?


Arnold補充說,Fortify還采取措施來促進添加劑和基礎樹脂的粘合?!拔覀兺ㄟ^對添加劑進行化學處理來做到這一點,以使它們與樹脂良好結合,并在適當的情況下使它們具有磁響應性?!?


及時凍結


磁性感應是DCM難題的第二部分。在CKM確保整個構建過程中一致的光纖分布的地方,Fortify的Fluxprint技術提供了這些光纖的選擇性對齊方式,使它們可以在各層之間互鎖并圍繞承載幾何形狀纏繞。


Fluxprint通過在整個構建區域引入磁場來實現此目的,本質上是使纖維“處于關注狀態”足夠長的時間,足以使紫外線“凍結”它們和周圍的樹脂。在連續的層中重復該過程,最終在需要此類屬性的區域中生產出具有增強的強度,熱性能或電導率的零件。


馬丁說:“這種選擇性比對有一些令人興奮的用途?!?“考慮將3D打印的插件用于塑料注塑模具。您可以對齊纖維以防止薄型部件破裂,如果要印刷整個模具,則可以加強流道周圍的部分以改善耐磨性。


馬丁說:“另一方面,您可以使用Fluxprint編程可分離的支撐,這些支撐要比使用傳統3D打印技術構建的支撐要容易得多?!?


移場


自2016年成立以來,Fortify已部署了多個試驗系統。它計劃在今年年底之前部署大約十二個。迄今為止,其應用包括塑料注射模具和嵌件,靜電裝配夾具,醫療設備部件以及專有技術,由于保密協議,馬丁無法自由討論這些專有技術。


他說:“由于我們在整個構建過程中都具有體素級控制,并且擁有廣泛的具有增強的電氣和機械性能的材料組合,因此我們預計我們的技術將廣泛應用于許多行業?!?“例如,如果您希望某個區域具有更高的導熱性,則只需更改纖維的方向即可。我們也看到了RF(射頻)和微波領域的公司的極大興趣,這些公司期望使用我們的技術來獲得所需的特性,而不是用許多不同材料組裝零件的傳統方法?!?


但是,有一個陷阱:對齊每個體素非常耗時。擁有這種控制水平是一種“祝福和詛咒”?!袄盟淖罴逊椒ㄖ皇鞘褂糜邢拊治龊皖愃频墓こ坦ぞ邅碜R別CAD模型中的應力位置并僅加固那些區域?!?然后,用戶可以用簡單的交叉陰影線填充工件的余量。


Arnold說,通過使用這種方法,CKM“可以確保整個零件的材料特性一致,而Fluxprint正是在最需要的位置提供了優化的微觀結構?!?


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