伊利諾伊大學采用CF3D Enterprise開發(fā)航空航天可連續(xù)碳纖維3D打印技術

2024年5月27日，南極熊獲悉，美國伊利諾伊大學香檳分校（UIUC）最近安裝了Continuous Composites的CF3D Enterprise系統(tǒng)，這是一種先進的3D打印技術。該系統(tǒng)的引入旨在加速航空航天領域所需的大型輕質結構復合材料的研究和生產。這標志著Continuous Composites首次將它的連續(xù)纖維3D打印機安裝在學術界之外的機構，顯示了該技術在學術和工業(yè)界的廣泛應用前景。

△伊利諾伊大學安裝首臺CF3D Enterprise系統(tǒng)

Continuous與UIUC的獨特合作

工程學創(chuàng)始人Jeff Baur教授是伊利諾伊大學香檳分校航空航天工程系（AE）復合材料加工和增材制造實驗室的負責人，同時也是Beckman研究所自主材料系統(tǒng)小組的成員。在超過25年的空軍服役后，去年Baur加入了Beckman學院。

Baur教授說：“這是一項改變游戲規(guī)則的復材技術，因為它可以制造出形狀復雜的結構，其機械性能接近傳統(tǒng)的航空航天復合材料。目前，制造高性能復合材料的方法是手工鋪設填充樹脂的織物或纖維，然后在熱壓罐中長時間加熱處理制作而成�，F(xiàn)在，我們使用機器人鋪設纖維，將其快速固化成型，所需的時間僅為原來的一小部分。盡管已經取得了一些成就，但仍然需要繼續(xù)努力和投入大量的技術研究和工作�！�

CF3D Enterprise打印機是UIUC與Continuous Composites公司之間獨特的產學合作項目之一。Baur教授表示，與Continuous Composites公司簽訂的協(xié)議將為他的實驗室提供耗材、技術支持和硬件更新。作為回報，他表示：“我們將免費、公開地向它們反饋我們使用設備的經驗，以便它們?yōu)槲磥淼目蛻糇龀龈倪M�！�

△AE創(chuàng)始人Jeff Baur教授是復合材料加工和增材制造實驗室的負責人

另外，Baur舉例說明了3D打印技術如何在老舊部件使用壽命結束時解決可持續(xù)性問題。由于大多數(shù)熱固性復合材料的耐久性，很難將昂貴的纖維從樹脂基體中回收，然后再循環(huán)或再利用。例如，風力渦輪機葉片等大型復合材料結構的使用壽命為30年，然后被埋入垃圾填埋場。

通過最近獲得能源部資助的一個名為RE-MAT的中心（由UIUC通過Beckman研究所領導），研究人員正在設計一種新型樹脂，在適當?shù)臈l件下，可以使纖維和樹脂變得可回收，兩者都可重復使用。 因此，添加先進3D打印復合材料設備可以加快對這些新材料的評估和開發(fā)，實現(xiàn)熱固性復合材料的循環(huán)經濟。

△Continuous Composites的CF3D Enterprise系統(tǒng)

用于航空航天連續(xù)纖維增強復合材料部件的增材制造

除了隆重的剪彩儀式，鮑爾還協(xié)調舉辦了一次研討會，將來自UIUC、Continuous Composites、空軍研究實驗室、Arkema、Hexcel、西門子和Comau的技術負責人匯聚一堂。

舉辦這次活動非常關鍵。Baur說：“學術界通常不會受邀參加這種活動。但在研討會上，我們有來自政府、工業(yè)界和學術界的參與。這是一種將所有參與者聚集在一起討論共同愿景的方式。每個人都想看到它。這是科技界的一個重要時刻。”

根據(jù)Baur的介紹，CF3D Enterprise打印機將用于多個層面的研究。他表示，這臺機器可以應用于制造各種結構復合材料，包括使用新型纖維和增強材料，甚至是生物纖維。這包括制造大型結構如風洞原型或太空中部署的結構。在使用結構復合材料打印時，原型可以達到最終結構所需的性能水平。

Baur還提到，他的學生團隊已經開始在CF3D系統(tǒng)上進行多項項目。其中，一位學生正在開發(fā)打印結構拓撲優(yōu)化的新方法，另一位學生正在研究設計形狀可變復合材料，還有一位學生在研究3D打印樹脂的特性，以實現(xiàn)可回收的熱固性復合材料。他強調，未來的研究方向將包括探索新材料、復合材料的新配方、新設計以及新應用，例如自適應結構和嵌入式設備的多功能性。