通知：連續(xù)纖維增強(qiáng)3D打印技術(shù)發(fā)明專(zhuān)利，正在許可授權(quán)

在傳統(tǒng)制造業(yè)中，與金屬材料相比，連續(xù)纖維增強(qiáng)高分子聚合物復(fù)合材料由于密度小、比強(qiáng)度高，已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、軌道交通及航空航天等需要重量輕而強(qiáng)度高的領(lǐng)域。在3D打印智能制造領(lǐng)域，也在沿著傳統(tǒng)制造業(yè)材料的發(fā)展方向進(jìn)行迭代，自2015年Markforged公司銷(xiāo)售全球第一臺(tái)商用（桌面級(jí)）連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印打印機(jī)以來(lái)，連續(xù)纖維增強(qiáng)3D打印技術(shù)逐漸成為3D打印領(lǐng)域的研發(fā)熱點(diǎn)和重點(diǎn)。南極熊也曾做過(guò)多次相關(guān)報(bào)道。

上圖數(shù)據(jù)來(lái)源：《連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印中國(guó)專(zhuān)利分析》，作者：宋聰雨、鄭凱，《中國(guó)塑料》2021年4月第4期第35卷。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)桌面級(jí)連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印研究較多，國(guó)內(nèi)廠商也開(kāi)始推出相應(yīng)的商業(yè)化3D打印機(jī)，相對(duì)而言，國(guó)內(nèi)對(duì)于中大型連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印設(shè)備的研究則少一些，目前尚未有商業(yè)化設(shè)備。

在科技部公布的“十四五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃中，將“大幅面纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料增材制造技術(shù)與裝備”納入其中，并強(qiáng)調(diào)了“研制纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料多絲束擠出增材制造裝備”。

為了助力連續(xù)纖維增強(qiáng)3D打印技術(shù)（尤其是中大型連續(xù)纖維增強(qiáng)3D打印技術(shù)和設(shè)備）向前邁進(jìn)一小步，國(guó)內(nèi)連續(xù)纖維增強(qiáng)3D打印技術(shù)發(fā)明專(zhuān)利的發(fā)明人（專(zhuān)利權(quán)人）意向?qū)⑵浒l(fā)明專(zhuān)利實(shí)施對(duì)外授權(quán)許可，涉及的專(zhuān)利包括：
1，《一種熔融堆積 3D 打印機(jī)及其打印方法》，專(zhuān)利號(hào)：ZL 2014 1 0469682.0，申請(qǐng)日：2014年9月15日；
2，《一種連續(xù)長(zhǎng)纖維復(fù)合熔融堆積的3D打印機(jī)》，專(zhuān)利號(hào)：ZL 2015 2 0025281.6，申請(qǐng)日：2015年1月14日。

增材制造（3D打�。┘夹g(shù)經(jīng)過(guò)三十多年的發(fā)展，很多人對(duì)于3D打印已經(jīng)耳熟能詳，3D打印在快速模型、個(gè)性化定制、零部件整合重構(gòu)等方面有著越來(lái)越多的應(yīng)用。
目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的各種技術(shù)類(lèi)型的3D打印設(shè)備中，銷(xiāo)售數(shù)量占比最大的是熔融沉積類(lèi)（簡(jiǎn)稱(chēng)FDM，擠出類(lèi)3D打�。┘夹g(shù)，由于其工作原理相對(duì)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本較低，設(shè)備操作也相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境沒(méi)有苛刻的要求，材料的配套也相對(duì)成熟等等，使其成為受眾數(shù)量最大的一種3D打印技術(shù)。

常規(guī)的高分子材料3D打印技術(shù)中，與傳統(tǒng)的模塑加工相比，無(wú)論是FDM（FFF）、SLS、SLA/DLP，材料無(wú)論是熱塑性材料或是光敏樹(shù)脂，打印的產(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)度相對(duì)低一些，經(jīng)常無(wú)法作為終端零部件直接使用，因此限制了3D打印技術(shù)在一些工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景上的使用。

為了提高高分子材料3D打印產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度，擴(kuò)大其使用場(chǎng)景，使用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料進(jìn)行3D打印是一種行之有效的路徑。常見(jiàn)的增強(qiáng)纖維種類(lèi)主要有：碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、金屬纖維等。而纖維的形式則有短纖維和連續(xù)纖維兩種。打個(gè)比方，類(lèi)比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高分子材料是“混凝土”，連續(xù)纖維可類(lèi)比為長(zhǎng)鋼筋，短纖維可類(lèi)比為鋼釘�！颁撫敗保ǘ汤w維）的長(zhǎng)徑比較小，對(duì)“混凝土”（高分子材料）的增強(qiáng)作用遠(yuǎn)不如“長(zhǎng)鋼筋”（連續(xù)纖維）。相對(duì)于短纖維增強(qiáng)，連續(xù)纖維增強(qiáng)對(duì)產(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)度有著數(shù)倍甚至數(shù)十倍的提升，尤其是在拉伸強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度方面，當(dāng)連續(xù)纖維如碳纖維達(dá)到一定的百分比含量時(shí)其強(qiáng)度可以超過(guò)鋁合金。

雖然連續(xù)纖維增強(qiáng)3D打印的產(chǎn)品在機(jī)械強(qiáng)度上仍不及傳統(tǒng)連續(xù)纖維模塑方式（纏繞、模壓等）所成型的產(chǎn)品，但3D打印有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，3D打印不需要模具，可快速成型，更關(guān)鍵的是3D打印的產(chǎn)品設(shè)計(jì)自由度比傳統(tǒng)的模塑方式有著大幅度的提升，能快速成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品。

△ZL 2014 1 0469682.0技術(shù)原理圖

△ZL 2015 2 0025281.6技術(shù)原理圖

本次擬對(duì)外授權(quán)許可的連續(xù)纖維增強(qiáng)3D打印發(fā)明專(zhuān)利（以下簡(jiǎn)稱(chēng)本專(zhuān)利），在技術(shù)方案上有如下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：

1，“一步法”工藝方法
被3D打印行業(yè)人士所熟知的Markforged公司的桌面級(jí)連續(xù)纖維增強(qiáng)3D打印機(jī)，有兩個(gè)打印頭，一個(gè)打印非增強(qiáng)材料或短纖維增強(qiáng)材料（線材），另一個(gè)打印連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合線材，我們姑且稱(chēng)之為“兩步法”工藝。
而本專(zhuān)利方法，在同一個(gè)打印頭同一次打印行程中既可打印非增強(qiáng)材料（或短纖維增強(qiáng)材料），也可打印連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，而無(wú)需切換打印頭，我們稱(chēng)之為“一步法”。

2，使用塑料顆粒
本專(zhuān)利的連續(xù)纖維增強(qiáng)3D打印技術(shù)，可直接使用市面上標(biāo)準(zhǔn)化的塑料顆粒，無(wú)需像FFF工藝那樣先將塑料顆粒擠出成線材再打印，材料成本更低，選擇面更廣。

3，基于成熟的螺桿式擠出技術(shù)
本專(zhuān)利使用的是螺桿擠出技術(shù)，目前在塑機(jī)領(lǐng)域（注塑機(jī)、擠出機(jī)），螺桿的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)已相當(dāng)成熟。

4，連續(xù)纖維主動(dòng)進(jìn)料
本專(zhuān)利技術(shù)方案中，連續(xù)纖維采用“推進(jìn)式”主動(dòng)進(jìn)料方式，而非“牽拉式”的被動(dòng)進(jìn)料方式，可有效提高打印速度及打印的可靠性。

5，連續(xù)纖維可定長(zhǎng)主動(dòng)切斷
本專(zhuān)利技術(shù)方案中，連續(xù)纖維可定長(zhǎng)切斷，這有利于提高連續(xù)纖維增強(qiáng)的路徑規(guī)劃的靈活性。

在終端產(chǎn)品應(yīng)用方面，在航空航天、軌道交通、汽車(chē)（尤其是新能源汽車(chē)）等領(lǐng)域存在著大量的輕量化需求，如中大型的無(wú)人機(jī)、飛行汽車(chē)，飛機(jī)上的座椅支架（目前為鋁合金材料）等。

曾經(jīng)廣受媒體報(bào)道的由Local Motors公司生產(chǎn)的3D打印汽車(chē)Strati，號(hào)稱(chēng)是第一輛真正上路、而且接受媒體試駕的3D打印汽車(chē)產(chǎn)品，采用的是大幅面3D打印機(jī)，使用的材料是短碳纖維增強(qiáng)ABS塑料顆粒。由于是短纖維增強(qiáng)，其機(jī)械強(qiáng)度還是有一定的局限性。試想一下，如果連續(xù)碳纖維增強(qiáng)來(lái)進(jìn)行車(chē)身框架3D打印，其車(chē)身強(qiáng)度也許會(huì)有數(shù)倍的提升，而成本可能只會(huì)小幅度增加，如果使用連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)3D打印，則會(huì)有更高的經(jīng)濟(jì)性。

△圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò)

本專(zhuān)利的連續(xù)纖維增強(qiáng)3D打印技術(shù)，更適合應(yīng)用于中大型的連續(xù)纖維增強(qiáng)3D打印設(shè)備。

如對(duì)本專(zhuān)利感興趣，有意向獲取授權(quán)許可的，歡迎聯(lián)系本專(zhuān)利的發(fā)明人（專(zhuān)利權(quán)人）余金文 18675949495。