复合材料的竟彩篮球打印

通过多种复合增材制造选择来制造更坚固,更轻的零件。

在MarkForged的新型工业Mark Two系统上,使用连续碳纤维增强尼龙竟彩篮球打印的高强度零件(包括球形接头)样品。图片由MarkForged提供。


J就在几年前,有关复合材料竟彩篮球打印的任何文章都还很短。现在,鉴于最近针对竟彩篮球打印更坚固和更轻的零件的材料和系统开发浪潮,同一主题可能会填满一本杂志。

 
辛辛那提公司 Shelby Cobra成品车和制成零件,在辛辛那提公司大面积增材制造(BAAM)系统上用复合纤维丝进行竟彩篮球打印;由本地汽车设计。图片由辛辛那提公司提供。

由碳纤维增强塑料(CFRP)制成的零件已经使用了数十年,因为它们具有很高的强度重量比。诸如尼龙的聚合物和诸如玻璃纤维的填料也被广泛使用。但是,传统的复合材料制造工艺通常涉及手工叠置,并且需要后处理,例如高压灭菌和真空成型。与使用标准塑料或金属相比,此类任务可能需要更高的技能和更高的成本。由于设计人员一直在寻找更坚固的材料来与竟彩篮球打印/增材制造(AM)系统配合使用,因此毫无疑问,这种材料概念受到了越来越多的关注。 德考察了现在可用或即将推出的AM复合材料处理系统和材料,以及在支持领域的努力。

用于复合材料的竟彩篮球打印的硬件

意大利制造商3ntr的A2V2是熔丝制造(FFF)系统,其工作温度范围宽(高达410℃)°C)允许它运行几种复合长丝类型,包括尼龙/碳纤维和PA66尼龙/玻璃纤维。它的打印体积为24.4x13.7x19.2英寸,主要用于工业生产。多元增材制造在美国采用该系统。

辛辛那提公司(CI)近年来因其大面积增材制造(BAAM)挤出设备而成为头条新闻,该设备主要使用碳纤维增强的ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)塑料复合材料运行。该公司与Local Motors合作,对Strati汽车和Shelby Cobra复制品进行竟彩篮球打印,这是计划中的一系列由社区设计的本地生产车辆的开始。据CI市场经理Matt Garbarino称,Local Motors现在拥有三套BAAM系统,其中包括Local Motors的一套’总部设在亚利桑那州钱德勒,并在其马里兰州国家港口的微型工厂中安装了一个。 Garbarino说,目前系统,材料和编程软件的改进速度非常快。他们的另一个客户SABIC IP正在将其机器完全用于材料开发。沙伯基础’用THERMOCOMP短切碳纤维复合材料制造Strati车辆。

也可以在FFF增材制造领域中使用,但可以满足“medium-sized”零件是余弦添加剂。该公司成立于2013年,甚至称其AM1系统为MAAM— a take-off 上 CI’s BAAM —该产品的制造体积为43x33x35英寸。CTOAndrew McCalip表示,他的公司专门追求模塑和成型市场:AM1系统旨在生产基于复合材料的模具,从而生产经济的第一批产品。“We’在复合碳纤维(在聚碳酸酯中)方面发现了巨大的价值;它极大地提高了模具的刚度。我们’能够使用更少的材料,并且仍然满足这些成型过程的热变形要求和压力要求,” he explains.

余弦添加剂 图为Cosine Additive的中等面积增材制造(MAAM)丝基系统。该公司特别希望通过运行高纤维含量复合材料的系统来瞄准成型市场。图片由余弦添加剂提供。

麦卡利普说,最终将它们的形式与铝模进行比较。由于纤维含量足够高,复合材料模具可实现类似的压缩屈服强度和刚度。该公司对流经AM1喷嘴的东西不了解,但一直使用玻璃填充尼龙制成,并且正在考虑使用碳纤维含量更高的高温聚苯硫醚(PPS)作为Al 6061的替代品。

在去年大放异彩 ’在RAPID上,Impossible Objects继续基于独特的分层过程开发其基于复合材料的增材制造(CBAM)技术。将专有的低粘度流体以CAD导向的方式喷射到碳纤维,凯夫拉尔纤维,玻璃纤维或其他纤维材料的薄片上。沉积热塑性粉末(例如,尼龙PA12,高密度聚乙烯,PEEK)并仅粘附在湿润的区域。压缩和加热整个层,熔化热塑性塑料,一旦去除多余的材料,便形成一个完全致密的零件。 不可能的物体目前以服务局的身份运作,正在为生产机器开发Beta版程序,宣传该过程’创建强大,复杂的增材制造零件的速度。

不可能的物体 碳纤维复合材料折叠式螺旋桨螺旋桨,具有完成的表面,基于“不可能的物体”复合材料增材制造(CBAM)系统构建。图片由“不可能的物体”提供。

今年三月,第一批连续复合纤维长丝AM系统的开发商MarkForged推出了Mark Two,取代了Mark One。这种改进的模型可以铺设比Mark One小15倍的碳纤维(与尼龙并排),从而生产出更坚固的小零件和靠近边角的更硬的大零件,所有零件的速度提高了40%。标准系统可打印两种复合材料—玻璃纤维和碳纤维;专业型号也可以使用连续的凯夫拉纤维;企业版增加了新的高强度高温(HSHT)玻璃纤维的选项。后者是今年将要推出的一系列新材料中的第一个。

马克·福格德的创始人兼总裁Greg Mark说,Mark Two具有新的打印头,电子设备,软件和不锈钢驱动机构,可选的遥测监控功能以及其他改进功能,旨在在使用这些具有挑战性的磨料复合材料时保持客户的正常运转材料。“与Mark One相比,[Mark] 2中的所有东西都得到了强化,而在Enterprise套件中,[打印头区域]中的所有东西都比其他地方得到了强化,” he notes.

马克·福格德 在MarkForged的新型工业Mark Two系统上,使用连续碳纤维增强尼龙竟彩篮球打印的高强度零件(包括球形接头)样品。图片由MarkForged提供。

复合材料

几家公司在开发用于激光烧结(LS)AM系统的复合增材制造材料方面拥有数十年的经验,例如竟彩篮球 Systems和EOS的产品。 EOS的全资子公司先进的激光材料(ALM)继续开发激光烧结塑料,包括PA11尼龙(填充碳或玻璃纤维)和PA12尼龙(填充铝,玻璃球或碳纤维,玻璃纤维)的激光烧结塑料或矿物质)。 CRP技术以其高性能的Windform粉末而闻名。该产品线包括聚酰胺基材料,可提供高强度,高刚度,防水/耐水性能和/或柔韧性。对于立体光刻(SLA)系统,请看DSM Somos’PerFORM,一种陶瓷塑料树脂,可生产坚硬,灰白色,耐高温的零件,非常适合注塑工具和风洞测试应用。

Back in the FFF 真实m, 阿雷沃实验室 of Santa Clara, CA, has not 上ly developed a family of proprietary composite thermoplastic filaments but has a number of related projects underway. Currently available are Katevo (high-strength PEEK/carbon fiber), Quantevo (PAEK/carbon fiber or carbon nanotube) and Xanevo (PARA/glass). The company sees interest, for example, in the electronics industry because test-jigs made from Quantevo with carbon nanotubes provide electrostatic-discharge (ESD) protection, and in the medical field because parts made from Xanevo, due to its stiffness, can serve as economical, single-use replacements for metal surgical guides.

“我们正在开发基于连续纤维的复合材料,该复合材料将于今年晚些时候宣布。这些材料与我们的软件一起将使竟彩篮球打印大型航空航天和工业零件具有与金属相当的强度,但重量仅为三分之一,”Arevo Labs总裁Hemant Bheda说。去年,该公司还开始提供交钥匙的六轴机器人 竟彩篮球打印平台;最终目标是定义一种构建过程,该过程可以不断地重新定向零件,以避免需要支撑材料。

阿雷沃实验室 用Arevo Labs复合材料竟彩篮球打印的Wingtip。图片由Arevo Labs提供。

大约两年前,Avante Technology宣布了其在工程级AM材料系列中的首款产品FilaOne GREEN Advanced Composite长丝,其设计用于节省成本的台式竟彩篮球打印机。该公司表示,这种专有材料比ABS和PLA(聚乳酸)更坚固,更具弹性,比ABS或尼龙(无有害气体)更安全,更易于印刷,并且不受湿气或湿度的影响。 FilaOne GREEN的印刷温度为210 C,在垃圾填埋场中也会降解。

该公司现在已经推出了FilaOne GREY,这是一种坚韧而又具有疏水性的长丝,可以打印220°C,并且已显示出高度耐化学性。 Avante技术总裁Bob Zollo说:“这种碳纳米管增强材料的独特性能之一是其高弯曲强度和高回弹力的结合。它在重载下的龟裂或龟裂恢复到最低程度。” He adds, “该行业需要数百种新材料和配方。我们’重新尝试开发一系列可产生‘real’负担得起的系统上的零件。”该公司还销售针对其每根细丝和Emendo STL文件修复/验证软件进行了优化的印刷床粘合纸。

石墨烯竟彩篮球实验室对其竟彩篮球打印复合材料反应非常好。石墨烯长丝的一个令人印象深刻的应用是用于Ideum智能餐桌的电容式触摸互动设备,例如为加利福尼亚州扬特维尔的JCB品酒沙龙创造的引导式品酒体验;这在酒杯上采用了竟彩篮球打印的电容式底座 触发更改信息显示。与工程相关性更高的示例是竟彩篮球打印的操纵杆或手写笔单元,允许用户与竟彩篮球 计算机辅助设计文件进行交互。 唱片展示。导电电路和EMI / RF屏蔽是附加应用。

石墨烯竟彩篮球实验室 由Graphene 竟彩篮球 Lab制成的竟彩篮球打印操纵杆’的导电灯丝,为交互式智能表显示器提供电容连接。图片由Graphene 竟彩篮球 Lab提供。

该公司最近宣布了具有导电性的PLA /铁丝,适用于制造开关,传感器和执行器。此外,石墨烯竟彩篮球实验室有几个部门致力于针对下一代竟彩篮球打印机的各种先进技术项目。“我们为竟彩篮球打印和竟彩篮球打印之外的领域提供先进的材料。为了保持兴奋和挑战,我们不仅要制造静态物体,还要制造竟彩篮球打印电子产品,光源,电池等的地方。我们不仅限于灯丝;未来的竟彩篮球打印机将结合不同的技术,”Graphene 竟彩篮球 Lab联合首席执行官兼总裁Elena Stolyarov说。

属于自己的一类

Of course, Stratasys offers what can be considered composite material options, with its Connex3 PolyJet Digital 用料 technology creating parts with varying properties in 真实 time during a print run. But if you think you’了解竟彩篮球打印的所有可能方法,尤其是使用复合材料时,您可能需要重新考虑。

考虑一下犹他州盐湖城的医疗植入公司Amedica。 2008年,它获得了FDA的510(k)许可,这是第一款由氮化硅制成的脊柱融合装置。该公司现在处于使用浆料形式的这种专有陶瓷复合材料的第一阶段,使用机器人沉积(竟彩篮球制造)工艺制造其他植入物(例如脊柱,膝盖,臀部)。 阿米迪卡商业化副总裁Mike Houston说,该项目’第二阶段的目标是生产具有更高分辨率的零件,使它们能够竟彩篮球打印更精细的产品,例如牙科植入物。“我们的第三阶段是改善制造多孔氮化硅植入物的工艺,而不仅限于整形外科应用。为了能够进行竟彩篮球打印并定制可重吸收的支架,用于承重,骨骼友好和抗菌的重建手术— we’对那个领域的未来感到兴奋,” he says.

总部位于弗吉尼亚州克里斯琴斯堡的Aeroprobe从安静的9年研发发展&D进入其附加摩擦搅拌沉积技术的商业化阶段。公司首席执行官Nanci Hardwick解释说,这种工艺通常在30年前开发,其结果与其他固态工艺相似。“Any time you’不熔化金属” she says, “它有好处。开发金属粉末的人都知道快速凝固可以提供更高的强度。如果融化,就会失去力量。”

The 航空探针 system supports building 真实ly large parts at a high deposition rate, feeding from two material hoppers. The company has worked with a wide range of base materials such as magnesium, aluminum, steel and nickel 所有oys, plus solid or powder reinforcement materials such as silicon carbide, tungsten, tantalum and niobium. Hardwick points out that this is an open system, and her company will work with customers to optimize parts either for strength or ductility. Quoting is now underway.

最后,另外两个值得研究的复合材料研究计划包括竟彩篮球打印包含超声取向玻璃微纤维的UV固化树脂(布里斯托尔大学高级复合材料创新与科学中心)和开发复合材料增材制造的设计准则(pd | z产品开发)集团,苏黎世联邦理工学院)。

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帕梅拉·沃特曼

帕梅拉·沃特曼(Pamela Waterman)担任数字工程’的特约编辑长达二十年。通过联系她 (必须启用JavaScript才能查看此电子邮件地址)。.

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