用于连续纤维 3D 打印的紫外线​​固化热固性材料的商业化

CF3D 技术使用快速固化热固性材料来降低高成本、长交付时间和设计限制。图片来源：连续复合材料

2020 年 9 月，连续纤维 3D 打印专家连续复合材料公司（美国爱达荷州科达伦）宣布通过其沙多玛业务线与特种材料公司阿科玛（法国科伦布）建立战略合作伙伴关系，以结合连续复合材料公司的专利连续纤维 3D (CF3D) 打印技术采用阿科玛的光固化 N3xtDimension 树脂解决方案。预计此次合并将导致先进材料解决方案库的开发、认证和商业化，以满足各种应用和行业的需求。

这种正式的合作关系源自于 2015 年首次开始的关系，当时阿科玛全球 3D 打印高级总监 Sumeet Jain 博士意识到了连续复合材料并看到了公司正在开发的打印过程中的机会。据Continuous Composites 首席执行官泰勒·阿尔瓦拉多（Tyler Alvarado）说，这种伙伴关系很自然：“他[Jain] 看到了推进光固化热固性树脂的机会，我们看到他在我们使用的聚合物方面拥有数十年的经验。”

到 2019 年，两家公司达成了联合开发协议，2020 年初，阿科玛收购了连续复合材料公司的股权，并于 9 月宣布了战略合作伙伴关系。 “我们对合作伙伴关系以及两支球队都能够取得的成果感到非常兴奋。这是一加一等于三的事情之一，真正利用了他们不仅在复合材料领域而且在光固化热固性材料方面的经验，”Alvarado 说。

用连续纤维 3D 打印桥接光固化树脂

今天，阿科玛的先进材料部门拥有涵盖多种材料的分支，包括热固性和热塑性塑料，以及复合材料中的许多工艺和应用，包括 3D 打印以及更传统的制造工艺。沙多玛全球 3D 研发总监 Jeffrey Klang 表示，沙多玛业务线专注于为一系列市场提供特种丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯，几十年来一直以涂料、粘合剂和 3D 打印线材的形式提供紫外线固化材料。印刷团队。

为了补充其 CF3D 打印系统，这是一种基于快速固化树脂和连续纤维的使用的非高压釜 (OOA) 可扩展 3D 打印技术（在此处阅读更详细的描述：“3D 打印复合材料与连续纤维”），Continuous Composites 需要一系列树脂，以满足从航空航天、能源到国防等行业客户的高性能机械要求。 “我们的商业模式是提供机器及其相应的软件和树脂，使这些客户能够制造他们在特定行业应用中所追求的任何组件，”Alvarado 说。

尽管 Alvarado 指出 CF3D 技术也可以使用热塑性塑料，但对玻璃化转变温度 (Tg) 和火、烟和毒性 (FST) 等高机械性能的需求导致了对热固性树脂的关注。 “我们的核心竞争力是我们采用干燥的连续纤维，然后我们用快速固化——在这种情况下，紫外线固化——树脂浸渍它，”他说。 “我们真正专注于这种快速固化热固性方法，它允许复合结构以自由形式在那里成型，使我们能够利用连续纤维的各向异性特性，并创建这些极其轻巧且非常复杂的有机几何形状强的。我们可以生产出具有极高纤维含量和低孔隙率的高质量复合层压板。”

沙多玛的 N3xtDimension 液态树脂是阿科玛平台新推出的阿科玛 3D 打印解决方案的一部分，与从碳纤维和玻璃纤维到迪尼玛和芳纶的结构纤维相结合，证明是理想的搭配，两家公司现在正致力于开发一个紫外线库-满足一系列机械性能要求的可固化树脂。

除了树脂的机械性能外，无需在最终部件上进行热固化，还实现了 CF3D 的两个最具创新性的特性：快速的打印速度和在露天无支撑的打印能力。 “通常，当你铺设复合材料时，你必须有工具/模具来支撑铺设，”阿尔瓦拉多说，“但因为我们使用的是由结构细丝增强的快速固化热固性材料，我们'能够硬化这种材料，并且它可以在没有这种支撑材料的情况下成形。”这消除了获取模具和工具所涉及的成本和交付时间，并消除了必须围绕工具进行设计的设计约束。 “现在，您可以将这些纤维转向多个方向……能够在无支撑的情况下打印出真正独特的悬垂几何形状，以跨越大间隙，”他说。

此外，CF3D“是一台非常稳定的机器......打印速度明显快于传统的热塑性机器，”阿尔瓦拉多说。这些速度是通过消除诸如管理层压板内的温度梯度和翘曲（由于使用热固性塑料而不是热塑性塑料）等问题而实现的，并且系统不受加热过程的限制（由于其使用紫外线光固化）。

他补充说，打印速度有两个变量：材料固化和打印精度。 “问题不在于树脂；他们及时治愈。机器是瓶颈，”他说，并指出机器人作为运动平台最初是为重复的、点 A 到点 B 的拾放运动而设计的，但不一定是为了 3D 打印所涉及的精度。 “我们的团队实际上已经开发了我们自己的 CNC 控制器集成作为我们 3D 打印系统的底层运动平台控制，这样我们就可以准确和重复地移动通过点，这使我们能够大幅提高我们的打印速度现在，”他说。使用 CNC 控制器，Continuous Composites 计划在明年将系统的打印速度提高三倍。

沙多玛的巴生表示，与任何创新一样，将沙多玛的紫外线固化树脂技术转移到更高性能和结构应用中也存在挑战。例如，一个重点领域是提高耐温性。 “我们的温度接近 230°C，”他指出，“这确实让我们进入了一些非常有趣的新型应用。”

阿科玛的 Jain 补充道：“通过这种合作关系，我们正在自下而上地努力改变复合材料的制造方式。这并非微不足道。我们已经合作四年了，我们才刚刚开始。”