伊利諾伊大學(xué)采用CF3D Enterprise開(kāi)發(fā)航空航天可連續(xù)碳纖維3D打印技術(shù)

2024年5月27日，南極熊獲悉，美國(guó)伊利諾伊大學(xué)香檳分校（UIUC）最近安裝了Continuous Composites的CF3D Enterprise系統(tǒng)，這是一種先進(jìn)的3D打印技術(shù)。該系統(tǒng)的引入旨在加速航空航天領(lǐng)域所需的大型輕質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的研究和生產(chǎn)。這標(biāo)志著Continuous Composites首次將它的連續(xù)纖維3D打印機(jī)安裝在學(xué)術(shù)界之外的機(jī)構(gòu)，顯示了該技術(shù)在學(xué)術(shù)和工業(yè)界的廣泛應(yīng)用前景。

△伊利諾伊大學(xué)安裝首臺(tái)CF3D Enterprise系統(tǒng)

Continuous與UIUC的獨(dú)特合作

工程學(xué)創(chuàng)始人Jeff Baur教授是伊利諾伊大學(xué)香檳分校航空航天工程系（AE）復(fù)合材料加工和增材制造實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人，同時(shí)也是Beckman研究所自主材料系統(tǒng)小組的成員。在超過(guò)25年的空軍服役后，去年Baur加入了Beckman學(xué)院。

Baur教授說(shuō)：“這是一項(xiàng)改變游戲規(guī)則的復(fù)材技術(shù)，因?yàn)樗梢灾圃斐鲂螤顝?fù)雜的結(jié)構(gòu)，其機(jī)械性能接近傳統(tǒng)的航空航天復(fù)合材料。目前，制造高性能復(fù)合材料的方法是手工鋪設(shè)填充樹(shù)脂的織物或纖維，然后在熱壓罐中長(zhǎng)時(shí)間加熱處理制作而成。現(xiàn)在，我們使用機(jī)器人鋪設(shè)纖維，將其快速固化成型，所需的時(shí)間僅為原來(lái)的一小部分。盡管已經(jīng)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(shù)研究和工作?！?br />
CF3D Enterprise打印機(jī)是UIUC與Continuous Composites公司之間獨(dú)特的產(chǎn)學(xué)合作項(xiàng)目之一。Baur教授表示，與Continuous Composites公司簽訂的協(xié)議將為他的實(shí)驗(yàn)室提供耗材、技術(shù)支持和硬件更新。作為回報(bào)，他表示：“我們將免費(fèi)、公開(kāi)地向它們反饋我們使用設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)，以便它們?yōu)槲磥?lái)的客戶(hù)做出改進(jìn)?！?br />

△AE創(chuàng)始人Jeff Baur教授是復(fù)合材料加工和增材制造實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人

另外，Baur舉例說(shuō)明了3D打印技術(shù)如何在老舊部件使用壽命結(jié)束時(shí)解決可持續(xù)性問(wèn)題。由于大多數(shù)熱固性復(fù)合材料的耐久性，很難將昂貴的纖維從樹(shù)脂基體中回收，然后再循環(huán)或再利用。例如，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片等大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的使用壽命為30年，然后被埋入垃圾填埋場(chǎng)。

通過(guò)最近獲得能源部資助的一個(gè)名為RE-MAT的中心（由UIUC通過(guò)Beckman研究所領(lǐng)導(dǎo)），研究人員正在設(shè)計(jì)一種新型樹(shù)脂，在適當(dāng)?shù)臈l件下，可以使纖維和樹(shù)脂變得可回收，兩者都可重復(fù)使用。 因此，添加先進(jìn)3D打印復(fù)合材料設(shè)備可以加快對(duì)這些新材料的評(píng)估和開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)熱固性復(fù)合材料的循環(huán)經(jīng)濟(jì)。

△Continuous Composites的CF3D Enterprise系統(tǒng)

用于航空航天連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)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(diào)舉辦了一次研討會(huì)，將來(lái)自UIUC、Continuous Composites、空軍研究實(shí)驗(yàn)室、Arkema、Hexcel、西門(mén)子和Comau的技術(shù)負(fù)責(zé)人匯聚一堂。

舉辦這次活動(dòng)非常關(guān)鍵。Baur說(shuō)：“學(xué)術(shù)界通常不會(huì)受邀參加這種活動(dòng)。但在研討會(huì)上，我們有來(lái)自政府、工業(yè)界和學(xué)術(shù)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(gè)人都想看到它。這是科技界的一個(gè)重要時(shí)刻。”

根據(jù)Baur的介紹，CF3D Enterprise打印機(jī)將用于多個(gè)層面的研究。他表示，這臺(tái)機(jī)器可以應(yīng)用于制造各種結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，包括使用新型纖維和增強(qiáng)材料，甚至是生物纖維。這包括制造大型結(jié)構(gòu)如風(fēng)洞原型或太空中部署的結(jié)構(gòu)。在使用結(jié)構(gòu)復(fù)合材料打印時(shí)，原型可以達(dá)到最終結(jié)構(gòu)所需的性能水平。

Baur還提到，他的學(xué)生團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)始在CF3D系統(tǒng)上進(jìn)行多項(xiàng)項(xiàng)目。其中，一位學(xué)生正在開(kāi)發(fā)打印結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的新方法，另一位學(xué)生正在研究設(shè)計(jì)形狀可變復(fù)合材料，還有一位學(xué)生在研究3D打印樹(shù)脂的特性，以實(shí)現(xiàn)可回收的熱固性復(fù)合材料。他強(qiáng)調(diào)，未來(lái)的研究方向?qū)ㄌ剿餍虏牧?、?fù)合材料的新配方、新設(shè)計(jì)以及新應(yīng)用，例如自適應(yīng)結(jié)構(gòu)和嵌入式設(shè)備的多功能性。