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【國際動態】據制造工程雜志網站2017年5月10日刊文，不可能物體公司向市場推出了一項新的復合材料制造技術——基于復合材料的增材制造(CBAM)3D技術，生產碳纖維增強塑料(CFRP)或聚合物基復合材料(PMC)零件。CBAM工藝發明者從2D打印行業衍生出這個概念。 ·打印然后壓緊 CBAM工藝從一個CAD文件開始，以電子化方式將文件切片成層，使用位圖層數據將圖像打印到復合材料薄片上面。工藝使用非編織復合材料薄片作為建造材料。薄片包含長纖維，通體的纖維方向是隨機的。 工藝將一個復合材料薄片輸送到一個打印床，使用CAD文件切片層數據驅動噴墨打印頭，將水一樣的濕潤流體沉積到薄片的表面以創建層圖像。帶有濕潤圖案的薄片繼續移動到一個施粉末的臺，一個頂部的槽向復合材料板不加選擇地灌入厚度統一的熱塑性塑料粉末。 接下來，載有粉末的薄片被輸送到一個去除粉末的臺，熱塑性粉末粘結到潤濕的薄片區域。薄片上松散的熱塑性材料被吹掉并回收。熱塑性材料在室溫沉積和移除，對熱塑性材料的化學性質沒有改變，可能實現高水平的回收和材料重用。 打印好的薄片之后自動排列并堆疊在一個模具板上，直到組成CAD文件的所有薄片都被打印。載有所有已打印模具的薄片之后移動到一個加熱的壓印機上，選定的熱塑性材料加熱到熔化點，之后機械壓緊為最終零件設計的高度。在機械壓力工藝中，熱塑性材料在非編織薄片的長纖維之間流動，以成形復合材料零件，而無需分離的制作模具、多制作步驟以及高技能的操作勞力。 零件移除是最終步驟。它通過珠光處理已建造塊來恢復復合材料零件。珠光處理在沒有熱塑性材料的地方切斷纖維，使其成為可持續工藝，非編織纖維可以被回收。 CBAM工藝擁有重要的建造柔性，因為廣泛的復合材料和熱塑性建造材料可用于制作PMC和CFRP零件。該系統可處理碳纖維、玻璃纖維和凱夫拉復合材料薄片材料，以及許多熱塑性基體材料。某些已使用的基體熱塑性性材料包括高密度聚乙烯(HDPE)、尼龍6、尼龍12和PEEK材料。 以CBAM工藝制作的復合材料零件擁有20%的纖維容量，纖維容量比通過壓緊控制。不可能物體公司當前的工作是繼續提升碳纖維容量比，未來在更強的復合材料零件中達到接近40%。 CBAM零件的優勢是它們與鋁合金有相似的強質比，但是比鋁合金零件輕50%。材料阿什比圖顯示擁有20%容量比的CBAM材料與聚合物和金屬材料性能的比較。隨著碳纖維容量比持續增長，紅圈將移升至強度Y軸，一致地提升CBAM彎曲材料和比強度線。 ·力學強度 一項研究顯示與常規聚合物增材工藝相比，CBAM零件材料有顯著的力學強度性能。強度性能增加的一個主要貢獻因素由非編織纖維薄片的長纖維提供。絕大多數常規纖維增強塑料擁有長度小于50μm的短纖維。擁有長纖維的標準CBAM材料比常規增材聚合物工藝強2-10倍。CBAM材料有最高的抗拉模量，強度是擁有接近模量的另一增材材料的2倍。 最近一個財富500強進行的研究評估了一個驗證件的特征細節和表面光潔度，發現CBAM零件擁有非常好的表面光潔度特征和尖緣細節、幾何公差以及生產薄壁的能力，并且與其它常規增材制造工藝相比，不會產生零件翹曲。 許多后精整工藝，如加工、整體研磨和手工磨砂，可用于將CBAM零件拋光到想要的表面光潔度。CBAM零件可以拋光到20微英寸的表面光潔度Ra。 任何新制造材料和工藝的挑戰是滿足對一個特定應用的技術和商業需求。如何識別適當的應用可以利用CBAM材料性能?一個低風險方法是評估不同類型的裝配和制作模具。 在絕大所屬案例中，模具是首個技術植入點之一，使用增材制造以極大節省的成本和進度產生同等的模具性能。 近期CFRP模具家族的CBAM案例包括復雜外形復合材料鋪放模具和墊板、250°C使用溫度的高溫模具、金屬成形模具以及高強裝配工裝。 ·模具試驗 2016年，橡樹嶺國家實驗室制造驗證設施(MDF)對由碳纖維和PEEK基體制作的CBAM熱壓罐復合材料模具進行了試驗。這些模具在極高壓強(6.89MPa)下循環升至150°C。它們保持非常好的幾何零件控制、熱壓罐生存性，并且比標準金屬復合材料鋪放模具的熱膨脹系數(CTE)要低。 首批接受CBAM零件的行業來自無人系統、機器人和電子行業。材料性能與相似的強質比以及比鋁輕50%的結構，使其有更高的載荷和延長的使用時間——對一個無人系統來說是關鍵的產品性能優勢。 激光飛行科學公司使用選區激光燒結(SLS)3D打印工藝制造無人機尼龍安裝片，將后水平安定面連接至無人機機體。 SLS安裝片在無人機硬著陸時頻繁斷裂。這是因為SLS材料強度性能和剛度缺乏。為解決這個問題，SLS零件被由碳纖維和尼龍12機體材料制作的CBAM替換。 某些利用CBAM技術的設計和建造自由度的新興應用是制作集成的整體結構，如無人機翼型。它們描繪了諸如芯和筋這樣的內部結構如何集成為單個零件。這允許設計人員改變特征細節和零件壁厚，面向強度、質量和最終性能對結構進行最優化。 未來感興趣的將CBAM技術實現不同材料的建造組合。使用單向碳纖維材料將極大增加零件強度和剛度達3-6倍，增加了許多熱塑性機體材料的選擇，以及其它機體材料的使用潛力。使用諸如熱固性環氧和粉末金屬合金材料生產熱固性零件或金屬基復合材料(MCC)的能力將開啟激動人心的新機遇。 除了擴展材料建造組合的范圍，CBAM技術將繼續升級以制作更大尺寸的零件，并利用牢靠的打印技術實現與傳統制造方法類似的建造速度。結果將是進一步增強該技術在其它行業中的新型復合材料應用。 （航空工業信息網） |
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