3D打印复合材料零件实现航空航天与建筑自感知损伤检测

Brightlands Materials Center（荷兰赫伦）开发具自感知功能的3D打印复合材料零件。自感知为航空航天、建筑、医疗等领域关键结构监测创造机会。

什么是自感知？

自感知是材料充当传感器收集自身状况信息的能力。碳纤维增强聚合物基复合材料已基于连续纤维电阻可测变化确立自感知能力。此类材料正为飞机、桥梁、建筑等结构健康监测（SHM）开发演示。

传统上，此类自感知复合材料制造涉及多阶段、更复杂操作和专用设备。Brightlands Materials Center将连续碳纤维自感知与增材制造结合，使SHM应用更具成本效益，推广更广应用和拓展新应用。

连续纤维3D打印开拓新视野

增材制造实现连续碳纤维精准定位和取向。可将纤维置于产品选定位置，沿指定载荷路径提供所需强度刚度，成结构一体部分。这意味着碳纤维位于需作为传感器监测结构的位置，多根纤维可贯穿零件形成多传感器阵列。

Brightlands Materials Center通过监测行人复合桥梁缩比模型和简单弯曲梁演示此概念。均用Anisoprint（卢森堡埃施叙阿尔泽特）Composer A4复合材料3D打印机打印。“我们特别欣喜新Anisoprint系统，因其提供打印材料高度选择自由和纤维沉积完全控制，”Brightlands Materials Center研究工程师Guy Bex说。纤维定位自由对感知也关键，因连续碳纤维须从零件伸出连接监测用电子硬件。

更精准3D打印成果

因3D打印无需工具模具，提供一步法生产任意形状连续纤维增强复合材料，替代传统更复杂、耗时、昂贵的多步工艺。但优化3D打印结构制造工艺可能需多次迭代。自感知3D打印复合材料可收集真实使用环境信息，对新产品设计原型阶段至关重要。

此类测试中，自感知3D打印零件记录服役真实工况和受力，给设计工程师更精准理解打印件必须承受的实际要求。

此类感知也可使零件充当诊断工具。例如3D打印自感知矫形器或假肢零件可引导患者，为医生提供应力分布和运动模式宝贵信息。

研究合作伙伴

Brightlands Materials Center是由荷兰应用科学研究组织TNO（海牙）和林堡省创立的独立研究中心。以强应用导向支持产业创新，提供专项合同研究和参与，含3D打印自感知复合材料研究路线图。

Anisoprint是各向异性打印发明者——通过连续纤维3D沉积设计生产最优复合结构技术。公司制造3D打印机、材料（基于碳纤维和玄武岩纤维）和软件，用于生产各向异性打印复合材料零件，助力科学家用新、更有效方式解决研究问题，使制造企业降低成本。

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