可替代金屬,，如何用好Stratasys碳纖維增強(qiáng)3D打印

2022年5月31日,，Stratasys聯(lián)合南極熊舉辦了一場線上研討會,，介紹了Stratasys的碳纖維強(qiáng)化材料打印解決方案,，本場直播由 Stratasys 制造部門高級應(yīng)用工程師李清淏主講,。

本場研討會中,，介紹了什么是碳纖維材料,，Stratasys新碳纖維增強(qiáng)材料的優(yōu)勢，碳纖維增強(qiáng)材料的目標(biāo)應(yīng)用,，以及碳纖維增強(qiáng)材料3D打印機(jī),。

碳纖維經(jīng)常出現(xiàn)在一些高性能的場合,，比如跑車的覆蓋件，運(yùn)動頭盔等,。碳纖維材料輕便,、強(qiáng)度高，每一根碳纖維都是由數(shù)千條更微小的碳纖維所組成,，直徑大約5至8微米,，幾乎全部由碳構(gòu)成。最早的一代（如T300,，HTA和AS4）有16-22微米直徑,。新研發(fā)的碳纖維（如IM6或IM600）的直徑大約有5微米。

傳統(tǒng)碳纖維零件的制造工藝流程包括：碳纖維預(yù)浸料→包覆→高溫高壓固化→脫�,！�整形修邊→表面處��,。

通過對客戶需求的調(diào)研，零件質(zhì)量,、更好的機(jī)械特性和開放材料系統(tǒng)是最有可能獲得溢價(jià)的特點(diǎn),。于是，Stratasys推出了使用3D打印來制造碳纖維部件的技術(shù),。打印方式涵蓋了三種：
●直接使用符合材料打印機(jī)打印零件,；
●打印鋪覆模具；
●犧牲模具,；

其中,，直接打印碳纖維增強(qiáng)材料是主流的用法，將短切碳纖維與基礎(chǔ)聚合物尼龍混合,，然后再拉成3D打印長絲,，并在FDM 3D打印機(jī)中使用。

基于以上材料制備原理,，Stratasys推出了三款碳纖維復(fù)合材料,，分別是ABS-CF10（含10%碳纖維）、NylonCF-10（含10%碳纖維）,、Nylon12CF（含35%碳纖維）,。

經(jīng)過測試，這三款材料在添加了碳纖維之后,，性能都得到了提升,，今年推出的Nylon-CF10的強(qiáng)度超出基材尼龍材料的60%，剛度是其3倍,。

通過打印碳纖維復(fù)合材料,，可以最高抗拉強(qiáng)度可達(dá)83MPa，能夠生產(chǎn)接近完全致密的零件。而且可以實(shí)現(xiàn)精確復(fù)雜的幾何形狀,，并帶有可溶性支撐材料,。Stratasys打印機(jī)具有99%的正常運(yùn)行時(shí)間，99%的尺寸可重復(fù)性,。

在工廠車間內(nèi),，3D打印的碳纖維零件可以用于CNC卡鉗、臂端工具,、CMM固定裝置,、轉(zhuǎn)運(yùn)料架、金屬成型模具,、折彎機(jī)工具,、生產(chǎn)備件和鉆孔導(dǎo)向等。

李工在研討會中詳細(xì)介紹了其中幾個(gè)代表性的應(yīng)用案例,，比如用于CNC工件轉(zhuǎn)運(yùn)的料架,，通過在Stratasys打印機(jī)上使用Nylon-CF10打印，滿足所有工作要求的高強(qiáng)度和高剛度,，節(jié)省了超過80%的人工時(shí)間和成本,。而且工件的外觀形狀完美匹配。

另一個(gè)代表案例是使用Stratasys Fortus450打印機(jī)打印的Nylon12CF,，可以用于不銹鋼產(chǎn)品的沖壓成形,。其抗壓性滿足沖壓模具的要求，制作過程節(jié)省了87%的人工時(shí)間和80%成本,。

深入分析了福特汽車生產(chǎn)線上的一個(gè)案例,，使用3D打印Nylon12CF替代笨重的金屬工裝。這是一套用于定位和測量汽車尾部三角窗的工裝,，原本使用鋁合金焊接制成,，非常笨重，不符合人體工程學(xué)的設(shè)計(jì),。通過3D打印實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)改良,，一體化的設(shè)計(jì)優(yōu)化，將工裝重量從5.44公斤降低到3.62公斤,，減重33%,。總組裝成本為2582美元,。

為了進(jìn)一步滿足生產(chǎn)車間,、實(shí)驗(yàn)室對碳纖維3D打印的需求，Stratasys推出了F123 CR系列和F370 CR系列3D打印機(jī),。

此外,，這些設(shè)備也將支持第三方的材料,，目前Stratasys正與材料供應(yīng)商Covestro、Kimya和Victrex plche合作,，讓用戶擁有更多的選擇。

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