【國際動態(tài)】據(jù)制造工程雜志網(wǎng)站2017年5月10日刊文，不可能物體公司向市場推出了一項新的復(fù)合材料制造技術(shù)——基于復(fù)合材料的增材制造(CBAM)3D技術(shù)，生產(chǎn)碳纖維增強塑料(CFRP)或聚合物基復(fù)合材料(PMC)零件。CBAM工藝發(fā)明者從2D打印行業(yè)衍生出這個概念。

·打印然后壓緊

CBAM工藝從一個CAD文件開始，以電子化方式將文件切片成層，使用位圖層數(shù)據(jù)將圖像打印到復(fù)合材料薄片上面。工藝使用非編織復(fù)合材料薄片作為建造材料。薄片包含長纖維，通體的纖維方向是隨機的。

工藝將一個復(fù)合材料薄片輸送到一個打印床，使用CAD文件切片層數(shù)據(jù)驅(qū)動噴墨打印頭，將水一樣的濕潤流體沉積到薄片的表面以創(chuàng)建層圖像。帶有濕潤圖案的薄片繼續(xù)移動到一個施粉末的臺，一個頂部的槽向復(fù)合材料板不加選擇地灌入厚度統(tǒng)一的熱塑性塑料粉末。

接下來，載有粉末的薄片被輸送到一個去除粉末的臺，熱塑性粉末粘結(jié)到潤濕的薄片區(qū)域。薄片上松散的熱塑性材料被吹掉并回收。熱塑性材料在室溫沉積和移除，對熱塑性材料的化學(xué)性質(zhì)沒有改變，可能實現(xiàn)高水平的回收和材料重用。

打印好的薄片之后自動排列并堆疊在一個模具板上，直到組成CAD文件的所有薄片都被打印。載有所有已打印模具的薄片之后移動到一個加熱的壓印機上，選定的熱塑性材料加熱到熔化點，之后機械壓緊為最終零件設(shè)計的高度。在機械壓力工藝中，熱塑性材料在非編織薄片的長纖維之間流動，以成形復(fù)合材料零件，而無需分離的制作模具、多制作步驟以及高技能的操作勞力。

零件移除是最終步驟。它通過珠光處理已建造塊來恢復(fù)復(fù)合材料零件。珠光處理在沒有熱塑性材料的地方切斷纖維，使其成為可持續(xù)工藝，非編織纖維可以被回收。

CBAM工藝擁有重要的建造柔性，因為廣泛的復(fù)合材料和熱塑性建造材料可用于制作PMC和CFRP零件。該系統(tǒng)可處理碳纖維、玻璃纖維和凱夫拉復(fù)合材料薄片材料，以及許多熱塑性基體材料。某些已使用的基體熱塑性性材料包括高密度聚乙烯(HDPE)、尼龍6、尼龍12和PEEK材料。

以CBAM工藝制作的復(fù)合材料零件擁有20%的纖維容量，纖維容量比通過壓緊控制。不可能物體公司當前的工作是繼續(xù)提升碳纖維容量比，未來在更強的復(fù)合材料零件中達到接近40%。

CBAM零件的優(yōu)勢是它們與鋁合金有相似的強質(zhì)比，但是比鋁合金零件輕50%。材料阿什比圖顯示擁有20%容量比的CBAM材料與聚合物和金屬材料性能的比較。隨著碳纖維容量比持續(xù)增長，紅圈將移升至強度Y軸，一致地提升CBAM彎曲材料和比強度線。

·力學(xué)強度

一項研究顯示與常規(guī)聚合物增材工藝相比，CBAM零件材料有顯著的力學(xué)強度性能。強度性能增加的一個主要貢獻因素由非編織纖維薄片的長纖維提供。絕大多數(shù)常規(guī)纖維增強塑料擁有長度小于50μm的短纖維。擁有長纖維的標準CBAM材料比常規(guī)增材聚合物工藝強2-10倍。CBAM材料有最高的抗拉模量，強度是擁有接近模量的另一增材材料的2倍。

最近一個財富500強進行的研究評估了一個驗證件的特征細節(jié)和表面光潔度，發(fā)現(xiàn)CBAM零件擁有非常好的表面光潔度特征和尖緣細節(jié)、幾何公差以及生產(chǎn)薄壁的能力，并且與其它常規(guī)增材制造工藝相比，不會產(chǎn)生零件翹曲。

許多后精整工藝，如加工、整體研磨和手工磨砂，可用于將CBAM零件拋光到想要的表面光潔度。CBAM零件可以拋光到20微英寸的表面光潔度Ra。

任何新制造材料和工藝的挑戰(zhàn)是滿足對一個特定應(yīng)用的技術(shù)和商業(yè)需求。如何識別適當?shù)膽?yīng)用可以利用CBAM材料性能?一個低風(fēng)險方法是評估不同類型的裝配和制作模具。

在絕大所屬案例中，模具是首個技術(shù)植入點之一，使用增材制造以極大節(jié)省的成本和進度產(chǎn)生同等的模具性能。

近期CFRP模具家族的CBAM案例包括復(fù)雜外形復(fù)合材料鋪放模具和墊板、250°C使用溫度的高溫模具、金屬成形模具以及高強裝配工裝。

·模具試驗

2016年，橡樹嶺國家實驗室制造驗證設(shè)施(MDF)對由碳纖維和PEEK基體制作的CBAM熱壓罐復(fù)合材料模具進行了試驗。這些模具在極高壓強(6.89MPa)下循環(huán)升至150°C。它們保持非常好的幾何零件控制、熱壓罐生存性，并且比標準金屬復(fù)合材料鋪放模具的熱膨脹系數(shù)(CTE)要低。

首批接受CBAM零件的行業(yè)來自無人系統(tǒng)、機器人和電子行業(yè)。材料性能與相似的強質(zhì)比以及比鋁輕50%的結(jié)構(gòu)，使其有更高的載荷和延長的使用時間——對一個無人系統(tǒng)來說是關(guān)鍵的產(chǎn)品性能優(yōu)勢。

激光飛行科學(xué)公司使用選區(qū)激光燒結(jié)(SLS)3D打印工藝制造無人機尼龍安裝片，將后水平安定面連接至無人機機體。

SLS安裝片在無人機硬著陸時頻繁斷裂。這是因為SLS材料強度性能和剛度缺乏。為解決這個問題，SLS零件被由碳纖維和尼龍12機體材料制作的CBAM替換。

某些利用CBAM技術(shù)的設(shè)計和建造自由度的新興應(yīng)用是制作集成的整體結(jié)構(gòu)，如無人機翼型。它們描繪了諸如芯和筋這樣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如何集成為單個零件。這允許設(shè)計人員改變特征細節(jié)和零件壁厚，面向強度、質(zhì)量和最終性能對結(jié)構(gòu)進行最優(yōu)化。

未來感興趣的將CBAM技術(shù)實現(xiàn)不同材料的建造組合。使用單向碳纖維材料將極大增加零件強度和剛度達3-6倍，增加了許多熱塑性機體材料的選擇，以及其它機體材料的使用潛力。使用諸如熱固性環(huán)氧和粉末金屬合金材料生產(chǎn)熱固性零件或金屬基復(fù)合材料(MCC)的能力將開啟激動人心的新機遇。

除了擴展材料建造組合的范圍，CBAM技術(shù)將繼續(xù)升級以制作更大尺寸的零件，并利用牢靠的打印技術(shù)實現(xiàn)與傳統(tǒng)制造方法類似的建造速度。結(jié)果將是進一步增強該技術(shù)在其它行業(yè)中的新型復(fù)合材料應(yīng)用。

（航空工業(yè)信息網(wǎng)）