專題報道：Continuous Composites公司的連續纖維複合材料3D列印新技術

前言：用於多材料，多功能複合結構的新型複合材料製造技術。

自2012年以來，Continuous Composites公司一直以連續纖維複合材料進行3D列印。CW於2017年1月在連續複合材料（Coeur D"Alene，ID，US）上發布了一個短邊欄，其成果值得討論：

①使用任何連續纖維（包括芳綸，玻璃纖維（GF）和碳纖維（CF），銅，鎳鉻合金絲和光纖）進行三維列印。

②使用紫外線固化熱固性樹脂，使高速印刷以及印刷無需支撐在太空中實現。

③通過高壓滅菌器複合材料製造和負載路徑優化實現無模製造

④在2017年AutoDesk大學展示了一種3D列印的多材料（切碎的CF / ABS外殼，連續GF /環氧桁架）方向舵，配有印刷光纖，可以感應和傳達溫度，壓力，加速度和電導率的變化。

CF3D工藝

Continuous Composites首席執行官Tyler Alvarado表示：「我們將複合材料的強大性能與採用先進機器人的3D列印工藝相結合。公司已將其連續纖維3D列印註冊為CF3D。」他還解釋道：「CF3D是在纖維頭部浸漬纖維，並在材料沉積後立即固化。不僅限於通過2D切片列印，可以通過在各個方向上離散定向纖維來充分利用複合材料的各向異性特性。」

Alvarado指出，還可以針對每個客戶的要求調整熱固性樹脂，例如增加模量，或者韌性，甚至防火性能。CF3D也適用於熱塑性樹脂印刷，而Continuous Composites公司已經證明，熱固性和熱塑性材料可在同一結構中進行列印。

Alvarado說，「我們正在實現50-60％的纖維體積」。他補充說，印刷層壓板被壓實已經可以通過列印頭實現。當我們在自由空間列印結構時，我們並沒有對工具進行壓縮。第一層是不受支持的，因此不需要任何壓力。而隨後的層可以施加壓力來壓實。

2016年和2017年，Continuous Composites公司建立了一個機器人製造單元，增加了運動控制和體積。與所有3D列印一樣，軟體也會生成機器移動代碼。但是，由於CF3D中的刀具路徑生成有很大不同，Continuous Composites正在開發自己的軟體。「現成的解決方案不適用於連續光纖刀具路徑生成，因為我們不再局限於堆疊2D切片，」Alvarado解釋說。新開發的CF3D軟體可以使紫外燈自動進行樹脂固化，必要時切割列印絲並控制壓實壓力。 「我們開發的新列印頭更加活躍，」阿爾瓦拉多說。「我們的新型末端執行器具有適應性張緊和樹脂輸送的動態控制功能。」

Alvarado說CF3D可以使用12K碳纖維絲束和環氧樹脂列印16個寬度。目前它列印出一個3層厚的樣品，孔隙率小於1％，平均拉伸強度為111ksi。這項機械測試是作為2017年美國國防部承包商項目的一部分完成的。「我們正在繼續改進，並且很快就會超過200ksi，」Alvarado說。「我們還完成了航空航天內部應用的煙霧和毒性（FST）測試，」他補充道。

感應結構

CF3D技術有助於印刷多功能複合材料結構。例如：可以將連續銅線印刷到電力電子設備上，可以印刷連續的鎳鉻合金線以提供熱量用於防冰應用，或者可以印刷連續光纖以實現複合材料的實時結構監測（SHM）和性能優化。

2017年Continuous Composites公司列印了上述演示翼型，其中包括：

① 無支撐，從機翼的頂部到底部列印的連續玻璃纖維支撐桁架。

② 前端連續的銅線供電LED指示燈亮起。

③鎳鉻合金電線用於防冰的前沿。

④可用於收集數據的上層皮膚上的光纖。

2017年11月，連續複合材料公司，Form Forge（位於美國俄勒岡州波特蘭）和AutoDesk攜手在義大利Palermo舉辦的年度AutoDesk大學會議上與Livrea Yacht（義大利Palermo）合作生產的感測複合材料舵作為「Making Waves」展覽的一部分進行了展覽。

船舵高約4.5英尺，用20％切碎的碳纖維增強ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯）熱塑性塑料作為殼或皮，並使用連續玻璃纖維作為結構桁架支撐。該團隊還將先進的光纖投射到舵中。

完成的方向舵在AutoDesk U上展出。「我們讓觀眾觸摸它，方向舵的感測器在2天內收集5千兆位元組的數據，跟蹤溫度，加速度和壓力變化，」Alvarado回憶說。 「通過嵌入此功能，我們可以收集和分析結構的性能，以實現實時監測和性能優化。」

因此，設想一下，你的賽車遊艇上的舵和方向盤現在可以將實時數據反饋到計算流體動力學（CFD）分析和設計軟體，從而智能地優化個別結構的設計和整體船的性能。當然，方向舵和金屬箔也可以替代飛機或汽車結構。

「我們希望證明能夠將CF3D技術與多種材料和多種添加劑製造模式相結合，」Alvarado說。他指出，調整熱固性樹脂的靈活性也可以通過改變與連續纖維一起使用的樹脂粘附到短切纖維/ ABS上來證明。

未來發展

Continuous Composites公司大膽提出CF3D技術的未來願景。它將此技術視為促進本地製造業和美國製造業的復興，同時也是實現更可持續生產流程的途徑。「我們的技術解決了傳統複合材料製造方法中存在的許多問題，」Alvarado說。「我們已經實現了所有方向的光纖鋪設自動化，同時也開放了設計方案，消除了昂貴的模具，高壓滅菌器和烤箱的需要。」他補充說，通過消除這些限制，CF3D可以將多個部件組合成一個印刷部件並嵌入功能，全部在一個製造過程中完成。「我們的技術是一種新興的製造方法，會給許多行業帶來影響。」

Alvarado表示Continuous Composites正在與各種公司合作開發一個技術生態系統，包括原始設備製造商，機器供應商，機器人集成商，材料供應商和軟體公司。「我們擁有7項授權專利，其中有76項非臨時性專利申請正在申請中，另有11項正在申請中的臨時專利申請涵蓋超過250項專利和正在申請專利的概念。我們正在繼續發展我們的技術，並尋求將我們的技術部署到所有行業的公司，包括航空航天，汽車，國防，建築等」。

原文來自compositesworld，原文題目為3D printing composites with continuous fiber，由材料科技在線匯總整理。

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