Continuous Composites（美國）開發(fā)了一種連續(xù)纖維3D打印（CF3D）工藝，利用干燥的連續(xù)纖維和紫外線快速固化的熱固性樹脂，由此產(chǎn)生的系統(tǒng)在增材制造（AM）框架內(nèi)生產(chǎn)真正的復(fù)合材料部件。

硬件開發(fā)

CF3D硬件系統(tǒng)包括一個高精度、高構(gòu)建量的機器人平臺，可動態(tài)控制連續(xù)纖維。該終端執(zhí)行器提供了復(fù)合材料在增材制造過程中的原位潤濕、固結(jié)和固化。嚴格的實驗室測試、篩選和在以前的迭代基礎(chǔ)上形成了目前CF3D終端執(zhí)行器，該執(zhí)行器涉及每個關(guān)鍵子系統(tǒng)的實時主動控制，以適應(yīng)連續(xù)纖維制造帶來的挑戰(zhàn)。

主動控制系統(tǒng)管理纖維張力、蠕變扭矩、對齊、纖維截面幾何、浸漬、進給距離、切割位置、壓實和紫外線固化劑量。定制設(shè)計的無脈沖泵系統(tǒng)和靜壓浸漬模塊確保其準(zhǔn)確性、一致性和用戶指定的纖維體積分數(shù)。浸漬后，幾個纖維處理子系統(tǒng)引導(dǎo)、送料、夾緊、切割并將濕纖維束送到工具中心點（TCP）。

CF3D末端執(zhí)行器已被部署在鉸接式機械臂和龍門系統(tǒng)上使用，但Continuous Composites公司主要側(cè)重于與機器人、數(shù)控系統(tǒng)制造商以及精密線性驅(qū)動部件制造商合作，以提高制造系統(tǒng)精度。精密激光跟蹤器、掃描儀以及靜態(tài)和動態(tài)補償模型已實施，以優(yōu)化工藝精度和可重復(fù)性。

材料開發(fā)

據(jù)CW報道，CF3D利用現(xiàn)成的纖維與阿科瑪（法國）和薩托姆（美國）合作開發(fā)的定制樹脂方案相結(jié)合。各種商業(yè)纖維（即干碳纖維、玻璃纖維和芳綸纖維，如Kevlar、Spectra、Xylon和Dyneema；金屬絲；以及光纖）的廣泛供應(yīng)和定制聚合物UV快速固化熱固性樹脂使得產(chǎn)品能夠滿足特定的應(yīng)用要求和增強功能。Continuous Composites公司和阿科瑪/薩托姆公司還開發(fā)了更多的非典型基體系統(tǒng)。這些新材料組合將實現(xiàn)碳-陶瓷、碳-碳和陶瓷-陶瓷復(fù)合材料的增材制造可能性。

未來復(fù)合材料設(shè)計

洛克希德-馬丁公司（美國）與美國空軍研究局合作，提供低成本可追蹤飛機（LCAA）時，就對拓撲優(yōu)化設(shè)計的成本效益制造以及結(jié)構(gòu)上集成的多功能性感興趣。 

根據(jù)SAMPE報道，目前航空航天工程師大多在設(shè)計過程的概念層面使用拓撲優(yōu)化，但其自由形態(tài)卻導(dǎo)致制造出現(xiàn)困難。這個問題在包含連續(xù)纖維加固的結(jié)構(gòu)性復(fù)合材料中被進一步放大，通常需要繁瑣的手工鋪設(shè)和復(fù)雜的硬工具來進行復(fù)合材料的固結(jié)和固化。CF3D能夠在沒有工具支持的情況下進行放置、固結(jié)和快速固化，這使得制造完全拓撲優(yōu)化的設(shè)計概念成為可能，因此人們有興趣在這個領(lǐng)域進行更多的研究。

除了降低與構(gòu)建拓撲優(yōu)化設(shè)計相關(guān)的成本，Continuous Composites還展示了嵌入光纖絲和鎳鉻合金以實現(xiàn)原位固化監(jiān)測和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測（SHM）功能的能力。例如，該公司已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，光感應(yīng)和發(fā)光纖維可以串聯(lián)使用，以感應(yīng)復(fù)合材料表面的冰，而鎳鉻合金或其他嵌入式導(dǎo)電線可以用來為機翼前緣除冰。其他正在開發(fā)的纖維包括溫度傳感和能量儲存纖維。除了功能性纖維外，正在開發(fā)的聚合物可以摻入添加劑，以實現(xiàn)額外功能，如操縱整個電磁波譜和電性能。

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