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复合材料连续纤维3D打印未来是否可期?

 复合材料力学 2022-01-19

前几年,随着金属及树脂3D打印的蓬勃发展,复合材料界也掀起了一股3D打印热潮,从颗粒增强、短切纤维增强、长纤维增强到连续纤维增强3D打印,国内外的高校及科研机构可谓研究的如火如荼,此中也包括这两年超级火爆的连续纤维4D打印。

但随着研究的深入开展,复合材料连续纤维3D打印的问题逐渐暴露出来,研究的热度似乎有些回落。之前的这些研究基本都停留在实验室,发发paper,炒炒概念,始终难以工程应用,做性能对比也基本都是跟纯树脂性能进行对比,不会去跟传统层压板强度进行比较

难以实际应用的主要原因还是在于连续纤维增强打印结构纤维体积含量低的可怜,而空隙等缺陷又难以控制。之前跟一位搞纤维增强PEEK的朋友聊天时了解到,他们的打印体积含量仅有30%,远达不到传统热压工艺的60%及以上。

国内在这方面研究的高校也有很多,做的比较好的有南航、西安交大、大连理工等。国内陕西斐帛科技发展有限公司2018年底发布的数据显示,其所制备的碳纤维增强PA复合材料,纤维体积含量达到42%时,抗弯强度达到560MPa,抗弯模量达到62GPa,是传统PLA零件的9倍左右,2020年的今天,他们应该刷新了成绩。

2018年初成立的瑞士9T实验室于2019年的发布数据显示,其打印设备纤维体积含量已达50%以上,孔隙率可控制在1%以下。已经是不错的成绩。他们的目标是是最终实现60%及以上的纤维体积含量,孔隙率控制在1%以内,这样连续纤维3D打印技术才能真正与传统复合材料制造工艺竞争。

如果能提升纤维体积含量,降低孔隙率,复合材料连续纤维3D打印技术或可一用。究竟未来如何,让我们拭目以待,欢迎留言发表自己的观点。

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