企业家和现有制造商正在制造可自动生产复合材料零件的 3D 打印机,其设计独特。
推动复合材料生产自动化和规模化的方法背后是对轻型运输的追求道路和空中。更轻的车辆使用更少的燃料并减少碳排放,而那些用复合材料制成的车辆具有耐腐蚀的额外好处。
还有另一个好处。
“3D 打印复合材料可以在许多情况下消除了对模具的需求,”Stratasys(明尼苏达州伊甸草原)复合材料模具业务开发总监 Tim Schniepp 说。 “这可以节省时间和金钱。”
Schniepp 说,缺点是一些复合材料不太适合 3D 打印,例如纤维增强热固性材料。
在除了 Stratasys,其机器人复合材料 3D 演示器打印用短碳纤维增强的尼龙,SME 与 Arevo Labs(加利福尼亚州圣克拉拉)、EnvisionTEC(密歇根州迪尔伯恩)和 Impossible Objects(伊利诺伊州诺斯布鲁克)进行了交谈,并在线查看了 Markforged(马萨诸塞州剑桥)的桌面模型,以了解他们的技术以及他们如何设想它在制造业中的用途。
这是我们学到的东西。
Arevo 到来
当 Arevo 的首席执行官 Hemant(“t”发音为“th”)Bheda是 Quantum Polymers(纽瓦克,特拉华州)的总裁兼首席执行官,一家 OEM 要求他制造一种具有高机械性能的复合材料,需要精确控制其中每根碳纤维的取向。
“我说这在当前的制造过程中是不可能的,”Bheda 说,他派 OEM 的代表前往。 “几个月后,它确定 3D 打印是解决方案。”
一年后,Arevo 带来了一个沉积头,该沉积头采用先进的热管理技术,可沉积热塑性复合材料现场材料,可以连接到任何铰接式机械臂,从盒装平台中解放 3D 打印。头部实现真正的 3D 沉积,而当今的技术将沉积限制在 X、Y 平面上。
神奇之处在于他的软件:Arevo 的有限元分析算法“评估零件几何形状、材料特性、硬件功能和工具路径方向”,通过控制增强纤维在 3D 空间中的方向来获得最大强度。 Arevo 的材料包括用碳或玻璃纤维和碳纳米管增强的 PEEK、PAEK 和 PARA 基复合材料。
“让我们兴奋的是将这种技术用于生产零件,”Bheda 说。 “我们的目标是制造具有传统制造无法制造的独特性能的零件,例如注塑成型。”

复合材料的愿景
而 Arevo 决定凭借其开箱即用的设计,EnvisionTEC 着眼于制造更小的部件,例如复合材料支架和控制面等。
“我们不是在谈论飞机机翼,而是零件,”首席运营官 John Hartner 说。“这里的想法是使用客户习惯的所有预浸料。”
EnvisionTEC 的机器,Hartner 预计将在 12 月及以后进行 Beta 测试销售区从 2017 年第一季度开始,在最大 48 英寸宽的卷上使用预浸网或聚合物。在机器内部,夹具将材料从工作区域的预热室中拉出来。在构建空间中,一个喷墨头可在必要时分配防层压流体,以及最高 735 华氏度的红外线加热器,以及加热,加压辊,层压层。工作台旋转,使纤维具有多向性。
超声波切割机描绘出零件的轮廓,随后将其从原材料中推出。
Hartner 说,这台机器制造零件更快,因为不需要制作模具,这也降低了成本。它还消除了后处理的需要。
“我们的精度非常好,达到 100 微米,”他说。 “我们认为我们甚至可以变得更紧。”
EnvisionTEC 的材料包括用于国防和飞机部件的碳增强 PEEK 以及用于游艇和全地形车的玻璃纤维聚碳酸酯。
“我们哈特纳说:“我们正在为光谱两端的材料创造所有配方。” 2017 年,首席执行官罗伯特·斯沃茨 (Robert Swartz) 说。
该机器使用非织造碳零件的每一层的纤维板。使用热喷墨将水基溶液“打印”到每张纸上,然后应用粘在溶液上的聚合物粉末。将片材堆叠起来,加热以熔化聚合物并蒸发溶液,然后压缩。零件的净形状是通过机械或化学后处理实现的。

与 Bheda 一样,Swartz 的目标是与注塑成型竞争制造零件。在 Impossible 的机器准备好发货之前,客户可以订购由碳纤维、凯夫拉尔和玻璃纤维增强复合材料制成的部件,这些复合材料由一系列热塑性塑料制成。
Swartz 认为他的技术可用于航空航天等多种行业(用于无人机和卫星)、田径、汽车(用于工具和轻型车辆)、航空、一般工业、医疗保健、海洋和机器人技术。
在麻省理工学院锻造
Markforged 网站宣传其今年早些时候推出的双头 Mark Two 打印机,这是一种经济实惠的工业技术,可用于制造工具、夹具和原型以及最终用途零件。
“在向世界介绍之后对于连续纤维增强打印部件,我们希望专注于 pe使用 MarkForged 打印机改善体验,”
麻省理工学院航空航天工程师兼创始人/首席执行官 Greg Mark 在宣布其第二代技术的新闻稿中说道。 “Mark Two 增强了整体 MarkForged 体验,意味着我们的客户可以比以前更快地获得更坚固的零件。”
Mark Two 制造碳纤维;玻璃纤维;高强度、耐高温玻璃纤维;和 Kevlar 增强尼龙部件。据该公司网站介绍,该公司的最新材料 Onyx 是用微碳纤维增强的尼龙,比其他用于 3D 打印的塑料更硬、更耐热且尺寸更稳定。