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全中彩票【行业资讯】制造第一辆3D打印碳纤维自


  一想到3D打印,人们就会联想到定制的假肢、可打印的器官、甚至房屋和许多本地生产的定制产品。然而,经过过去几年的炒作,许多人意识到,该行业仍然专注于原型和模具制造,而不是制造功能性的最终用途部件。造成这种滞留的原因是多方面的,但其中一个主要缺点是塑料材料本身的机械性能不佳,特别是层间的界面。

  解决这一问题的一个办法是使用维增强复合材料,这种材料占传统塑料制品的70%以上。虽然增强纤维的加入减少了翘曲,但由于纤维不会跨界面桥接,因此并没有显示出增强了界面结合。因此,全中彩票平台用连续纤维印刷是一种解决办法。

  Arevo开发了一种用连续碳纤维进行3D打印的系统方法。这个生态系统将以该公司的第一个应用为例来描述:一辆3D打印碳纤维自行车。目前的自行车制造过程是高度手工化的,而且时间和成本都很高,因为它需要不同的自行车部件的各种模具。

  相比之下,Arevo的增材制造工艺基于延展性更强的热塑性基体材料,不需要模具,并且可以在不增加成本的情况下定制自行车。

  新自行车的设计和生产过程将在下面详细说明。基于所使用的连续碳纤维增强材料的高刚度,采用了悬臂式链条支撑,全中彩票平台而无需像传统自行车设计中常见的座椅支撑。为了使用底部支架、制动器、齿轮等标准组件,需要采用弯曲的设计,不能平放在模板上。这就需要开发True3D纤维路径,使单向碳纤维与加载路径在三维方向上对齐。

  True3D刀具路径允许与之对齐的纤维以这样一种方式放置,使其跟随车身表面。此外,在表面方向上以此方式对齐,可以最大限度地提高零件的结构性能。

  在增材制造中使用的标准2.5D方法中,一个单独的层是通过xy方向的移动来打印的,接着是z方向的移动来开始下一层,与此相反,创新的True3D过程允许在xyz方向的移动来沉积材料。

  图1显示了使用链扣在XYZ中打印True3D表面的示例。根据最初的设计草图和基于打印能力的设计特征,CAD文件被创建并加载到Arevo软件中。

  结构有限元分析(FEA)需要输入材料数据。图3(左)显示了该工艺所得的拉伸模量。高性能可以从低孔隙含量和良好的均匀性(见图3,右)以及良好的界面结合的测试部件中得到。其比强度可与其它具有相同基体材料和纤维载荷的复合材料相比较,且优于通常用于自行车制造的金属。

  图4显示了通过图2的工作流程确定的框架内部尺寸。可见,顶部、底部和壁的厚度差别很大。

  这些变化允许材料的最佳使用,以及最佳的纤维取向。所需的光纤定向驱动刀具路径。

  Arevo软件可以显示位移和应力等输出。图5中的总位移显示最大值为6.4mm,这可能与行驶性能直接相关。

  在GCode中提供刀具路径和机床命令之后,工作流程继续打印这三个组件。除了前面提到的刀具路径生成挑战外,它们每个都有自己的几何、美学和结构挑战。首先,所有的零件都是空心的,这通常可以通过支撑结构或工具来解决。为了将重量减至最小,且不增加更多的后处理步骤,该工艺设计用于在这些空心截面(高达120mm)上架桥。其次,需要小半径(小于20mm)和薄(2-3mm)单向壁面内转向的几何结构。这些特性不能用当今的复合材料制造技术在同样高纤维体积含量(50vol%)的情况下自动制造。最后但并非最不重要的是,最小重量的目标要求具有不同厚度(2-25mm)的非平面层合板,这些层合板不可能总是平衡的。因此,需要在印刷过程中预测、最小化和测量翘曲的策略。这些包括印刷过程的热模拟、微观力学模拟以及与现场测量计量学的比较。

  Arevo开发的新工艺技术允许使用至少50vol%的碳纤维印刷复合材料,这是高性能和大幅度降低组件重量所必需的。

  此外,使用激光作为加热系统会产生无与伦比的界面强度和打印速度,从而使这项技术从原型制作转向制造。薄壁有时甚至与平面内转向相结合,需要非常高的精度和对沉积的严格控制,是通过机器人技术和在放置过程中对张力的严格控制来实现的。

  对系统的特性进行了详细的研究,以确定任何给定材料和几何特征的最佳工艺参数。一个这样的例子是将材料的激光吸收行为表征为纤维体积含量、纤维取向(例如,衬底层)、全中彩票平台激光波长和入射角的函数。

  如图6上部所示,当激光照射和加热长丝时,全中彩票平台长丝会在滚筒周围弯曲。同时,对先前沉积的基板进行加热,以便在辊的夹点之后的界面处进行焊接。根据激光位置,激光与基板或激光与进来的长丝之间的入射角在40到80之间变化。

  图6(下部)显示,当入射角大于50时,材料的吸收和加热受到强烈影响。此外,波长的增加和纤维体积含量的增加导致更好的吸收。纤维方向没有影响,因此这里没有显示。所有测量均采用安捷伦Cary6000i紫外/可见光/近红外分光光度计(带积分球和自动偏光镜。)

  图 6:上:印刷过程的示意图,包括压路机和以激光形式输入的热量——激光与基板或传入灯丝的入射角,因此吸收会发生变化;

  下:激光在不同波长下的吸收以及光纤体积含量随入射角的变化,导致更少或更多的热量。全中彩票平台

  为了打印自行车部件,使用真空将制造板安装在定位器上。对于更复杂的曲面(如链撑),需要注册构建板轮廓,以便机器人知道曲面的位置。零件的不同区域使用了不同的打印参数设置。例如,需要将屋顶层的桥接连接到前一层,并在空心中心截面上桥接而不下垂。因此,需要选择防止这些截面下垂的参数。印刷完成后,需要进行机加工和打磨等后处理步骤,以准备框架和链撑进行粘合,然后进行喷漆和最终组装。然后自行车就可以骑了。

  到目前为止,新开发的Arevo工艺允许使用50vol%的碳纤维印刷复合材料,这大大降低了组件重量,并产生了极高的性能。随着纤维含量的增加,聚合物和纤维材料的种类越来越多,生产能力越来越高,几何形状越来越复杂,开发新应用的可能性将呈指数级增长远远超出自行车制造业。

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