中国3D打印碳纤/PEEK材料取得了突破性的进展

时间:2020-05-09 09:13       来源: 中关村在线
  3D打印技术+复合材料在高端制造业中的应用趋势和优势正在突显,科研上的一小步决定了最终应用走向成熟和规模化。中国作为制造业中心,智能制造和高端制造的应用需求随着中国本土科研实力的增强正在加快步伐赶超发达国家。
 
  来自中国科学院空间应用工程与技术中心研究团队使用远铸智能(INTAMSYS)的高性能材料3D打印机FUNMAT HT对自主研发的碳纤维PEEK复合材料进行3D打印工艺的系统研究,取得重要科研进展。相关成果以论文《Flexural Properties and Fracture Behavior of CF/PEEK in Orthogonal Building Orientation by FDM: Microstructure and Mechanism》为题,发表于国际著名期刊《Polymers》(https://doi.org/10.3390/polym11040656)中,博士研究生李秋实为第一作者,赵伟助理研究员、王功研究员为该研究论文通讯作者。
 
  聚醚醚酮,简称PEEK,是一种热塑性聚合物,具有高强度,耐高温,耐化学腐蚀等特点,对3D打印行业有着举足轻重的影响。目前,聚醚醚酮已被用于制造3D打印卫星、3D打印汽车零部件、人体植入物,未来还将可能涉足其他领域。在PEEK 3D打印技术中,与大多数非金属材料类似,FDM工艺制造打印件的Z向层间结合力远低于X、Y方向,被认为是限制其应用的重要因素之一。
 
中国3D打印碳纤/PEEK材料取得了突破性的进展
 
  赵伟、李秋实等学者通过在丝材中掺杂碳纤维,并运用远铸智能FUNMAT HT机器研究了垂直打印方向对碳纤维聚醚醚酮3D打印件弯曲性能的影响,这种垂直方向打印的弯曲样条具有优异的力学性能,弯曲强度达到146 MPa,重要的是,还与传统注塑件具有接近一致的弯曲强度。
 
  作者发现碳纤维的引入,不仅提高了打印件的刚性强度,而且结晶度更均匀,同时分析了碳纤维引入和打印方向对于打印件微观结构组成、打印件受力断裂模式,这些都有利于大型部件的制造。同时,可以观察到运用远铸智能(INTAMSYS)3D打印机通过改变打印方向和打印参数,除打印件具有优异的力学性能,还具有较为光滑的表面。
 
中国3D打印碳纤/PEEK材料取得了突破性的进展
 
  总之,该研究提出了一种普适性的制备满足多种受力情况PEEK打印件的方法,该方法为制备大型打印件提供了新思路,通过调节其他掺杂组分、打印方向和微观结构,运用远铸智能(INTAMSYS)3D打印机和INTAMSUITE软件,使得PEEK碳纤维材料有更强的空间适应性和更多的功能性,所制备的PEEK打印件有望在耐高温工业部件、汽车航天等领域得到进一步的应用。
 
  从3D打印行业整体来看,越来越多的公司在提升硬件技术实力的同时,将更多的精力放再材料和工艺的研究上,因为材料和工艺决定了最终的应用,需要科研数据作为支撑。在专业和工业级FDM技术应用上,我们之前看到的Markforged能够实现连续纤维+onyx材料满足工装夹具领域的专业应用离不开工艺探索和研究,Stratasys的Fortus系列之所以还没有直接的竞争对手,同样是专有材料和工艺参数的匹配度能够满足不同行业应用的需求。今天我们看到中科院空间应用工程与技术中心研究团队和中国本土3D打印公司合作,在PEEK和碳纤维复合材料的3D打印系统工艺上取得的进展,给中国本土3D打印公司与应用的结合更多的启发,因为没有科研成果做支撑,专业应用需求难以被满足,这也是行业竞争的制高点。
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