连续纤维增强复合材料3D打印技术现状及展望

纤维增强复合材料因其轻量化、高强度和高设计自由度等优点一直备受航空、航天和汽车等领域的青睐。3D打印是实现连续纤维增强复合材料快速化、个性化和复杂化结构制备以及突破传统制造方法限制的有效途径之一。本文综述了连续纤维复合材料3D打印技术的基本原理、方法分类和研究进展,从成型的材料、工艺、性能和机理等方面进行综述,并对混杂连续纤维增强复材3D打印、多自由度3D打印及其路径规划提出了展望。     

3D打印连续纤维增强复合材料研究现状综述

纤维增强复合材料因其优异的力学性能已被广泛应用于各工业领域,但由于传统制造工艺的限制,复合材料依然无法应用于一些具有复杂构型的结构。近年来,3D打印技术的快速发展有望实现复杂几何形状复合材料结构的有效制造,从而进一步拓展复合材料的应用范围。连续纤维增强复合材料3D打印技术的成熟应用对于中国高端装备的制造具有重要意义。从力学性能角度出发,对3D打印连续纤维增强复合材料的研究现状进行综述分析,重点分析了打印温度、打印层厚度、增强纤维类型、材料堆叠方式、纤维体积含量、打印扫描间距等工艺参数对复合材料力学性能的影响机制;讨论了3D打印复合材料在典型载荷下的力学性能及损伤演化规律,明确了影响/制约其力学性能的主要原因;介绍了3D打印复合材料的强度/刚度分析预测方法,并对研究发展趋势进行了总结和展望。     

高性能纤维增强树脂基复合材料3D打印

3D打印技术是一种逐层成形的增材制造技术,而纤维增强树脂基复合材料是一种力学性能优异的先进结构材料,结合3D打印的工艺先进性和纤维的材料性能优势,提出新型的纤维增强树脂基复合材料3D打印工艺,为进一步促进两者共同发展与应用提供了可能。综述并分析了纤维增强树脂基复合材料3D打印技术的研究现状与瓶颈,提出了一种连续纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印工艺,将3D打印丝材制备、3D打印预成型体、3D打印预成型体固化分隔成3个独立的模块,并根据不同模块设计搭建了不同的试验平台及设备,成功制备得到了连续纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印构件,还测试得出其(纤维含量为52%)拉伸强度及拉伸模量分别达到1325.14MPa和100.28GPa;弯曲强度及弯曲模量分别为1078.03MPa和80.01GPa;层间剪切强度为58.89MPa。大幅提高了纤维增强树脂基复合材料3D打印成型构件的力学性能。     

增材制造——面向航空航天制造的变革性技术

增材制造技术在航空航天应用方面具有单件小批量的复杂结构快速制造优势,未来将向着设计、材料和成形一体化方向发展。分析了增材制造在航空航天领域应用发展的3个层面,以航空发动机涡轮叶片增材制造、高性能聚醚醚酮（PEEK）及其复合材料、连续纤维增强树脂复合材料及太空3D打印为主题,介绍了增材制造技术国内外以及西安交通大学的研究状况。涡轮叶片应用增材制造工艺可以有效提高效率降低成本,未来向高性能的高温合金和陶瓷基复合材料增材制造技术发展。高性能轻质聚合物PEEK及其复合材料增材制造在高力学性能结构件、吸波功能件的成形中得到应用,将改变现有的设计与材料,推动结构与功能一体化发展。连续纤维复合材料增材制造将带动无模具纤维复合材料成形的新发展,在太空3D打印将改变未来航空航天制造模式。增材制造技术将给航空航天制造技术带来变革性发展。     

高性能纤维增强树脂基复合材料3D打印及其应用探索

纤维增强树脂基复合材料具有优异的力学性能,能够实现轻质、高性能结构的制造,但传统的成型工艺过程复杂、成本高,难以实现纤维回收利用,限制了纤维增强树脂基复合材料的广泛应用.3D打印技术是一种新兴的零件成形工艺,将3D打印技术应用于纤维增强树脂基复合材料的制造,为实现复合材料低成本、绿色制造提供了可能性.综述了纤维增强树脂基复合材料3D打印技术研究的发展现状,提出了一种高性能连续纤维增强热塑性复合材料3D打印工艺及其回收再制造策略.     

可控变形复合材料结构4D打印

4D打印技术是一种采用3D打印工艺方法实现具有对外界刺激响应功能、可变形状或性能的智能结构增材制造技术。综述了4D打印技术的基本工艺方法,如形状记忆材料4D打印、仿生复合材料结构4D打印、外场驱动智能结构4D打印等;分析了现有4D打印技术在变形过程不连续、制备难度较大、难以实现变形过程可控等方面存在的问题;提出了连续纤维增强复合材料的4D打印策略,展示了任意可展曲面结构的设计与4D打印流程;分析了4D打印技术未来在航空航天、生物医疗及软体机器人等领域的潜在应用价值。     

GE百亿收购3D打印公司助力万台发动机交付

近日,GE公司计划出资14亿美元（约93亿人民币）收购德国SLM解决方案集团股份公司和瑞典Arcam公司这2个3D打印企业,计划将3D打印应用于航空业的零部件生产。据悉,GE公司希望通过这一收购,在2020财年能够在3D打印制造上获得10亿美元的营业收入。2010年以来,GE公司在3D打印制造技术上投入了约15亿美元,这项技术将能够加强该公司旗下的飞机发动机零部件供应链,包括加快航空发动机的生产、缩短交货时间等,特别是在一些设计复杂的零部件。     

成为飞机心脏的顶级服务者

<正>成都航利(集团)实业有限公司,是军民融合型高新技术企业,主营业务涉及航空发动机维修、航空产品制造和航空检测系统研制等领域。是"国家级高新技术企业""国家级工程实践教育中心";拥有"国家认定企业技术中心""国家校准检测实验室""四川省院士工作站";国内首家将金属3D打印技术工程化应用于航空发动机涡轮叶片等关键零部件再制造,是地方政府建设的"中国3D航空小镇""成都市增材制造(3D打印)产业创新联盟"     

五轴连续纤维3D打印机及其数控系统开发

为了解决传统三轴连续纤维3D打印复杂轨迹精确成型困难的问题,设计搭建了五轴连续纤维3D打印机,该3D打印机具有5个联动轴(XYZBC)以及1个树脂螺杆挤出装置辅助轴.针对典型的3D打印控制方案存在可联动轴数少、可扩展性差、实时性差等问题,对全软件型开放式数控系统进行了研究,并将其应用于连续纤维增材制造领域.基于开源数控...     

美国空军利用3D打印解决航空维修中的部件短缺问题

3D打印技术在武器装备领域的技术应用方兴未艾,在军用航空领域的应用更是历史悠久。目前,美国空军正在加速推广3D打印技术,解决军用飞机维修中的航空部件短缺问题。     

高性能树脂基复合材料轻质结构3D打印与性能研究

树脂基复合材料轻质结构具有轻质、高性能等优点,广泛应用于航天航空、高速列车和船舶等领域。通过对传统树脂基复合材料轻质结构制造工艺的综述分析,发现传统制造工艺具有过程复杂、周期长和生产成本高等缺陷,限制了树脂基复合材料轻质结构的发展。3D打印是一种先进的零件成形工艺,可实现复杂结构零件的快速制造,为高性能复合材料轻质结构的一体化制造提供了可能。介绍了树脂基复合材料轻质结构3D打印的研究进展,提出了基于连续纤维增强热塑性复合材料3D打印的高性能复合材料轻质结构的一体化制造工艺,并对其性能开展了初步研究。     

维修动态

<正>东航首次成功运用3D打印技术制造飞机部件4月13日,东航成功将3D打印制造的飞机舱门手柄盖板、飞机座位指示牌等客舱部件配装到全新波音777-300ER型客机上执行正常航班飞行,这一创新成果标志着东航成为中国民航首家运用3D打印技术制造飞机部件的航空企业。该项技术由东方航空技术有限     

3D打印技术对航空制造业发展的影响

对3D打印的技术体系和国内外产业发展现状、发展趋势、应用前景进行了综合分析,介绍了3D打印技术在国内外航空制造业的应用发展情况,对3D打印技术将给制造业带来的冲击进行了探讨,并对我国航空制造业如何应对3D打印技术带来的产业巨变提出了建议。     

增材制造在航空MRO领域应用——荷兰皇家航空工程与维护中心

在2019年2月21日开幕的亚洲3D打印、增材制造展览会(TCT ASIA)上,可以真切感受到3D打印、工程软件、检验测量以及其他相关创新设备和工艺所引领的数字化浪潮,以及其中蕴藏的勃勃生机。据统计,航空航天应用占增材制造行业的18.9%,该比例较2017年上升了0.7个百分点。增材制造给航空航天产业带来诸多变革:零件整合、库存减轻、按需制造、轻量化、缩短时间并降低成本等。在航空MRO领域,增材制造更是得到了许多创新性应用,在此荷兰皇家航空公司(KLM)突破性创新团队成员Arlette van der Veer女士分享了KLM相关进展。     

由3D打印引发的锻造产业在航空制造领域发展方向的思考

<正>从3D打印技术的背景及应用现状出发,分析比较该技术与锻造技术在航空制造领域的优缺点,并根据作者多年在锻造企业的管理经验,探讨了锻造产业在航空制造领域发展的方向,为锻造产业的发展提供新的思路。锻造技术在航空制造领域已应用多年,主要用于制造飞机、发动机承受交变载荷和集中载荷的关键和重要零件。飞机上锻件制成的     

航空部件的3D打印制造推进速度正在加快

正3D打印或增材制造技术自使用以来备受关注,并逐步应用于航空部件。目前,金属部件打印技术的步伐正在加快,霍尼韦尔公司已经开始采用3D打印技术制造APU金属部件,并且还在积极探索新部件的应用,其他未涉足零部件打印制造的航空企业也希望尽早进入该市场。飞机内饰聚合物零件采用3D打印或增材制造已有几十年的历史。但由金属制造的飞机零件通常被认为对飞机安全至关重要,而且金属本身性能独特,想利用3D打印     

贝尔直升机公司并购阿卡迪亚复合材料公司

美国达信公司的贝尔直升机分部最近并购了阿卡迪亚复合材料公司。此次并购活动是公司实施提高能力、扩展全球服务规模战略的重要组成部分。阿卡迪亚公司今后该公司将成为贝尔直升机公司所属的航空附件公司的一部分,负责完成世界范围内直升机的服务工作。航空附     

耐高温陶瓷基结构吸波复合材料研究进展

陶瓷基结构吸波复合材料具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化等诸多优点,是解决武器装备热端隐身问题的关键材料,具有重要应用前景和战略意义。本文介绍了陶瓷吸波材料的微观-宏观多级设计方法,综述了掺杂改性碳化硅陶瓷、钡铁氧体陶瓷、聚合物转化陶瓷(PDCs)、3D打印多孔陶瓷及陶瓷蜂窝、连续纤维增强陶瓷基复合材料(CFCMC)等新型陶瓷基复合材料的最新研究进展,展望了结构吸波一体化的陶瓷基复合材料的发展趋势,提出微观-宏观多级结构设计的纤维增强陶瓷基复合材料将是未来高温隐身材料领域的重要发展方向。     

激光3D打印铁基块体非晶复合材料

Fe基非晶合金因强度高、硬度高、软磁性能优异等优势,得到人们极大关注。然而,目前实验室和工业领域利用铜模铸造法所能制备的Fe基非晶合金尺寸仍然较小,这严重制约了Fe基非晶合金作为结构材料在工业领域的实际应用。激光3D打印技术的出现为解决上述问题提供了难得的契机。然而,目前国内外的研究中,利用激光3D打印技术制备Fe基非晶合金存在较为严重的裂纹,所以无法利用该技术成型大尺寸的样品。在Fe基非晶合金中引入塑性较好的第二相来吸收热应力,防止在激光3D打印过程中发生开裂,能成功打印出大尺寸的Fe基非晶合金复合材料。通过上述方法成型的大尺寸Fe基非晶合金复合材料,宏观上没有裂纹发生且成型性良好,但微观上仍在局域发现微小裂纹。由于Cu将Fe基非晶合金包裹在中间,所以这些局域的微裂纹没有扩展,也没有贯穿整个材料,打印的Fe基非晶合金复合材料成型性没有受到较大影响。     

李志强 航空制造技术专家

<正>近年来,3D打印绝对是个热门话题,作为航空制造领域的专家,您对于增材制造技术如何理解,未来发展趋势会怎样?李志强:3D打印是大众媒体的说法,专业人士叫增材制造。客观上讲3D打印并不是一项全新的技术,因为在四五十年前采用激光、电子束熔化金属就已经能够实现了。目前之所以出现这个热潮,从技术角度讲,主要是信息技术的进步推动了这项技术的快速发展,由于对数据的处