3D 打印如何影响复合材料制造？

根据 3D Science Valley 的市场观察，复合材料已在各种应用中占有一席之地。它们为制造各种有价值的部件，尤其是主要的飞机部件提供了经过验证的材料和方法。复合材料的应用仍在推进，今天，3D打印 正在加速这一进程。增材制造技术的发展提供了一种无需模具即可用复合材料制造零件的途径，同时增材制造也为复合材料行业的制造方式提供了新的选择。

更灵活的复合材料制造

3D打印-增材制造的发展趋势 正朝着多维度的深化层次，面向量产应用，向应用端延伸。产业化的发展路径是新材料与新制造工艺的结合。

“复合 ”一般指用连续或不连续纤维（通常是碳纤维）增强的热固性或热塑性聚合物基体材料；玻璃纤维；或天然纤维，如黄麻、亚麻、芳纶或玄武岩纤维。

例如，在飞机工业中，1970 年客机的复合材料为零，而今天的波音梦想客机 80% 是复合材料。此外，例如在汽车行业，GE 能够在 1980 年代用塑料部件代替汽车上的许多无应力钢部件，例如保险杠和空气滤清器外壳。增材制造的碳纤维复合材料零件可以以同样的方式成功替代许多现有零件。

相对于飞机工业，汽车领域碳纤维复合材料3D打印最早的机会可能落在扰流板、方向盘或门把手等零部件上，然后逐渐走向替代大型结构件。

对于观众来说，当今复合材料最有价值的终端市场是航空航天。在航空航天领域，复合材料用于各种零件和结构，包括机身蒙皮、纵梁和框架；机翼结构，包括机翼蒙皮、翼梁和纵梁；和尾部结构；以及更多的离散组件，例如窗户周围，内部组件，包括行李箱和内部隔板。飞机内部的墙壁也通常由复合材料制成。

同时，在材料量方面，其他终端市场包括风电行业，例如复合材料制成的风力叶片。

对于复合材料制造，增材制造的作用是使零件更高效、更快，这在考虑离散零件或小批量制造时，现有的复合材料制造可能无法实现。增材制造使这成为可能，并且通过在添加剂中使用连续纤维，将引入强度和刚度元素，从而将零件的应用方面提升到一个新的水平。

3D 打印复合材料的 5 种技术

1。原位浸渍： 在通过共挤出沉积期间，将干纤维进料到喷嘴中，同时通过一种或多种流入装置注入基质材料。基体引入并加热，纤维在沉积前原位浸渍。

2。与塔共挤： 代替干纤维，预浸料/薄预浸带被送入喷嘴，加热并与其他基体材料共挤出。通常，两者中的基体与共挤中的基体相同。 Anisoprint 是一个例外，其中预浸料基质是热固性的，而共挤是热塑性的。

3。 Towpreg 挤压： 丝束的输入被加热和挤压，没有任何其他材料。

4。原位固结： 该过程类似于用于热塑性塑料的自动纤维铺放 (AFP) 的缩小版本，其中传入的热塑性丝束/预浸带在沉积时就地固化。在进料过程中，原料在喷嘴处通过外部能源加热，然后在沉积过程中由压辊放置和固化。

5。在线浸渍： 与 3D 细丝缠绕类似，纤维在输送到打印头时被浸渍。与丝束挤出一样，沉积是通过喷嘴进行的。

复合3D打印的应用开发

那么现在可以用复合材料制造哪些零件，或者由于增材制造工艺可能会更容易？

各种支架和紧固件广泛用于航空航天工业——尤其是在一些航空结构中。例如，机身蒙皮内的一系列框架和纵梁。在当前的制造制度下，需要机械紧固件将框架和结构连接到机身蒙皮。目前正在使用各种复杂的支架和紧固件以及使用传统复合材料制造（压缩成型）制造的其他硬件来完成这项工作，并且可以看到未来通过增材制造更有效地完成这项工作，具体取决于这项工作的体积和材料要求。

当然，不仅在飞机等大型应用场景中，3D打印复合材料在小场景中也有想象的应用空间。

AM-Additive Manufacturing 使复合材料对于更小、更复杂和小批量的制造零件越来越实用。例如，复合材料生产商 Hexcel 也使用该公司的“HexAM”复合增材制造工艺来 3D 打印无人机 (UAV) 组件。

但是，当涉及到小批量、有些复杂的零件时，更容易想象的零件可能会替代当今的机加工金属零件。 50 年来，复合材料行业一直采用复合材料替代金属部件。然而，增材制造复合材料替代金属制品所面临的挑战亟待解决。

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