通知：連續(xù)纖維增強3D打印技術(shù)發(fā)明專利，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)纖維增強高分子聚合物復合材料由于密度小、比強度高，已廣泛應用于汽車、軌道交通及航空航天等需要重量輕而強度高的領(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)展方向進行迭代，自2015年Markforged公司銷售全球第一臺商用（桌面級）連續(xù)纖維增強復合材料3D打印打印機以來，連續(xù)纖維增強3D打印技術(shù)逐漸成為3D打印領(lǐng)域的研發(fā)熱點和重點。南極熊也曾做過多次相關(guān)報道。

上圖數(shù)據(jù)來源：《連續(xù)纖維增強復合材料3D打印中國專利分析》，作者：宋聰雨、鄭凱，《中國塑料》2021年4月第4期第35卷。

當前國內(nèi)外對桌面級連續(xù)纖維增強復合材料3D打印研究較多，國內(nèi)廠商也開始推出相應的商業(yè)化3D打印機，相對而言，國內(nèi)對于中大型連續(xù)纖維增強復合材料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”國家重點研發(fā)計劃中，將“大幅面纖維增強熱塑性復合材料增材制造技術(shù)與裝備”納入其中，并強調(diào)了“研制纖維增強熱塑性復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3D打印技術(shù)（尤其是中大型連續(xù)纖維增強3D打印技術(shù)和設(shè)備）向前邁進一小步，國內(nèi)連續(xù)纖維增強3D打印技術(shù)發(fā)明專利的發(fā)明人（專利權(quán)人）意向?qū)⑵浒l(fā)明專利實施對外授權(quán)許可，涉及的專利包括：
1，《一種熔融堆積 3D 打印機及其打印方法》，專利號：ZL 2014 1 0469682.0，申請日：2014年9月15日；
2，《一種連續(xù)長纖維復合熔融堆積的3D打印機》，專利號：ZL 2015 2 0025281.6，申請日：2015年1月14日。

增材制造（3D打?。┘夹g(shù)經(jīng)過三十多年的發(fā)展，很多人對于3D打印已經(jīng)耳熟能詳，3D打印在快速模型、個性化定制、零部件整合重構(gòu)等方面有著越來越多的應用。
目前市場上銷售的各種技術(shù)類型的3D打印設(shè)備中，銷售數(shù)量占比最大的是熔融沉積類（簡稱FDM，擠出類3D打?。┘夹g(shù)，由于其工作原理相對簡單、生產(chǎn)成本較低，設(shè)備操作也相對簡單，對生產(chǎn)環(huán)境沒有苛刻的要求，材料的配套也相對成熟等等，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，無論是FDM（FFF）、SLS、SLA/DLP，材料無論是熱塑性材料或是光敏樹脂，打印的產(chǎn)品機械強度相對低一些，經(jīng)常無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)應用場景上的使用。

為了提高高分子材料3D打印產(chǎn)品的機械強度，擴大其使用場景，使用纖維增強復合材料進行3D打印是一種行之有效的路徑。常見的增強纖維種類主要有：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。打個比方，類比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高分子材料是“混凝土”，連續(xù)纖維可類比為長鋼筋，短纖維可類比為鋼釘?！颁撫敗保ǘ汤w維）的長徑比較小，對“混凝土”（高分子材料）的增強作用遠不如“長鋼筋”（連續(xù)纖維）。相對于短纖維增強，連續(xù)纖維增強對產(chǎn)品機械強度有著數(shù)倍甚至數(shù)十倍的提升，尤其是在拉伸強度和抗沖擊強度方面，當連續(xù)纖維如碳纖維達到一定的百分比含量時其強度可以超過鋁合金。

雖然連續(xù)纖維增強3D打印的產(chǎn)品在機械強度上仍不及傳統(tǒng)連續(xù)纖維模塑方式（纏繞、模壓等）所成型的產(chǎn)品，但3D打印有著獨特的優(yōu)勢，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

本次擬對外授權(quán)許可的連續(xù)纖維增強3D打印發(fā)明專利（以下簡稱本專利），在技術(shù)方案上有如下特點和優(yōu)點：

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

2，使用塑料顆粒
本專利的連續(xù)纖維增強3D打印技術(shù)，可直接使用市面上標準化的塑料顆粒，無需像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)
本專利使用的是螺桿擠出技術(shù)，目前在塑機領(lǐng)域（注塑機、擠出機），螺桿的設(shè)計和制造技術(shù)已相當成熟。

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

5，連續(xù)纖維可定長主動切斷
本專利技術(shù)方案中，連續(xù)纖維可定長切斷，這有利于提高連續(xù)纖維增強的路徑規(guī)劃的靈活性。

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

曾經(jīng)廣受媒體報道的由Local Motors公司生產(chǎn)的3D打印汽車Strati，號稱是第一輛真正上路、而且接受媒體試駕的3D打印汽車產(chǎn)品，采用的是大幅面3D打印機，使用的材料是短碳纖維增強ABS塑料顆粒。由于是短纖維增強，其機械強度還是有一定的局限性。試想一下，如果連續(xù)碳纖維增強來進行車身框架3D打印，其車身強度也許會有數(shù)倍的提升，而成本可能只會小幅度增加，如果使用連續(xù)玻璃纖維增強3D打印，則會有更高的經(jīng)濟性。

△圖片來源網(wǎng)絡(luò)

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

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