媲美金属|深度解读连续纤维增强3D技术及应用优势

发布时间:2022-11-03


3D打印有数百种材料可供选择,我们为什么要使用碳纤维?


从1986年推出至今,塑料3D打印已经发展了35年。回顾整个过程我们不难发现,尽管3D打印成本在不断下降,打印效率也有所提升,但最基本的材料性能,没有本质的进步。FDM技术尽管可以打印PEEK、ULTEM等高端塑料,但由于是层层堆积的工艺,其强度仍无法与注塑或者机加工件相提并论,限制了这个技术在工业应用上的使用场景。这也是为什么在我国,塑料3D打印目前仍主要被用于原型打印的原因。


连续纤维增强技术是塑料3D打印领域重大突破


有没有哪一种塑料3D打印材料的性能可以超过注塑甚至是金属呢?在小编看来只有Markforged推出的连续纤维复合3D打印技术能与之相媲美了


碳纤维的优点


碳纤维增强了3D打印部件的强度和稳定性,同时还降低了它们的整体重量。这使它成为了从功能性原型到最终制造零件的各种3D打印应用的理想复合材料。

连续碳纤维3D技术在打印时使用的是复合材料,表面使用Onyx短切尼龙基材,内部使用连续纤维填充,从而大幅的提升打印零件强度。在填充40%时拉伸强度已经可以超过6061-T6铝合金,纤维填充100%时拉伸强度是6061-T6铝的2倍,是标准ABS的23-25倍


需要指出的是,碳纤维3D打印分为短切纤维和连续纤维填充,短切纤维好比盖房子时候砌砖,连续纤维填充比如拉钢筋。短切纤维3D打印拉伸强度通常在60-80Mpa,而连续纤维3D打印的强度可达800Mpa,是真正高价值的技术。

纤维增强3D打印与其他3D打印抗折弯强度对比


  成功案例


随着3D打印技术的成熟,制造商一直在努力融入碳纤维以提高零件的强度和耐用性。最常见的两种实现方式是短纤维填充线材和连续纤维。连续碳纤维是Markforged独有的超高强度材料,将其铺设到Onyx等复合基材上时,可以生产出强度与6061-T6铝合金相媲美的零件。它具有极高刚度和超高强度,可以采用Markforged 3D打印机自动铺设成各种几何形状零件。

自推出以来发现,利用碳纤维3D打印在各行各业都有应用,甚至也可制造出最终用途部件,取代传统制造的金属部件。

DANA汽车全球部署碳纤维打印机用于零件快速制造



碳纤维3D打印的机器人保护罩 强度超过铝合金、质量更轻


Markforged的碳纤维在无人机最终零件的应用


由碳纤维3D打印制成的滑雪板安全锁


门窗五金制造商用碳纤维打印的装配夹具


Markforged碳纤维3D打印让高强度零件制造变得非常简单


连续碳纤维3D打印属于FDM(熔融堆积成型)技术,故在使用和流程方面,相比光固化和尼龙粉末类技术会简单很多(光固化3D打印通常需要酒精清洗零件并人工打磨支撑点,尼龙粉末类技术会产生粉尘并需要在打印完成后做喷砂处理)。由于具备高强度、操作简便、智能化、低成本等特点,Markforged已经成为过去5年全球成长最快的3D打印品牌,可见全球用户对该技术的欢迎程度。

2015-2020年Markforged的成长速度


连续碳纤维3D打印具备高强度、小型灵活、无需特别环境和使用经验等特点。基于该技术,可以让工程师快速灵活制造各类高强度零件,无需依靠机加工或者外包供应商,省时省力又省钱。

Markforge连续碳纤维3D打印


FX20大尺寸碳纤维3D打印机


Markforged大尺寸碳纤维3D打印机FX20


FX20作为Markforged迄今为止成型尺寸最大、速度最快、功能最强的打印机,可快速实现工业级制造。FX20的打印速度比Markforged其他复合打印机系列快八倍,而打印的零件尺寸比X7还要大五倍。同时FX20还是专为应对一些最苛刻的制造行业(航空航天、汽车、国防)而设计,可用于打印大型、坚固、高温部件。


FX20还使用了Markforged独特的连续纤维增强(CFR)打印技术增加零件的强度,让零件拥有金属般的强度。并且FX20还有一个加热的制造室,能够保持高达200°C的温度。此外,FX20比小型工业3D打印机拥有更多的传感器,不仅打印零件的速度快,还有更高的精度、质量和可靠性,同时FX20还是市面上唯一能够打印连续纤维增强高性能复合材料的3D打印机。只需按下按钮,即可将部件从打印床上取下来使用!


    总结


Markforged非金属材料强度曲线


从曲线可以看出碳纤维填充的零件(Carbon Fiber CFF)刚度接近铝,强度超过铝。连续纤维增强技术是3D打印领域的重大进步,解决了过去塑料3D打印强度不足的问题。并且,连续碳纤维3D打印在欧美和日本普及较快,在航空航天、国防军事、汽车制造、机器人、无人机、石油化工、工业制造、教育科研等领域具有很高的应用价值


THE END


华融普瑞(北京)科技有限公司作为Markforged在中国的授权增值经销商提供3D打印全流程、全价值链解决方案,涵盖面向3D打印的拓扑优化、3D打印服务、材料定制、设备定制和3D打印设备研发等核心环节。公司助力众多用户重新定义产品,重塑产品生命周期价值链,用户行业覆盖汽车、航空航天、医疗、消费品和教育等众多领域。通过创新型的自主研发和3D打印应用服务为客户创造价值。

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