波蘭科學(xué)院提出解決3D打印高性能聚合物復(fù)合材料3Dfy新方法

2022年9月7日,，南極熊獲悉,，來自波蘭科學(xué)院的研究人員將要開展一項(xiàng)名為“高性能聚合物復(fù)合材料的3D打�,。�3Dfy）”的項(xiàng)目,，該項(xiàng)目旨在提出一種創(chuàng)新的打印工藝,，即采用UD熱塑性預(yù)浸料帶作為原料進(jìn)行復(fù)合材料3D打印。該方法的競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)在于原料材料的低成本和高質(zhì)量性能,，以及材料的多樣性和對(duì)最終用戶的開放性,。

長期以來，連續(xù)纖維增強(qiáng)聚合物的3D打印一直是增材制造領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn),。這也間接導(dǎo)致了一個(gè)高度競(jìng)爭的格局存在,，包括來自開發(fā)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的參與者，從大學(xué)到研究中心（如DLR,、NLR,、ESA、JAXA,、ORNL,、Fraunhofer研究所等）再到工業(yè)上。這些挑戰(zhàn)者包括中小企業(yè)深層技術(shù)創(chuàng)新的初創(chuàng)公司（如Markforged,、Anisoprint,、9T實(shí)驗(yàn)室、Arevo實(shí)驗(yàn)室,、APS技術(shù)解決方案,、Continuous Composites等）和大公司（如波音、空客,、英格索爾,、CEAD等）。

3Dfy 項(xiàng)目在西班牙赫羅納大學(xué)有一個(gè)初始的 2019-2021 RDI 階段,，由加泰羅尼亞商業(yè)競(jìng)爭力機(jī)構(gòu)ACCIó的歐盟MSCA共同基金TECNIOspring+計(jì)劃提供支持,，目前這一項(xiàng)目仍在波蘭基礎(chǔ)技術(shù)研究所繼續(xù)開展。同時(shí),，該項(xiàng)目還獲得了波蘭科學(xué)院的2022-2024年歐盟MSCA共同基金PASIFIC計(jì)劃的支持,。

△3Dfy的目標(biāo)是在波蘭基礎(chǔ)技術(shù)研究所進(jìn)行連續(xù)纖維增強(qiáng)聚合物的3D打印。

在最初的項(xiàng)目中,，3Dfy提出了一種用于連續(xù)纖維增強(qiáng)的高性能熱塑性聚合物（如PEI,、PES、PEEK,、PEKK）的新型熔融長絲制造3D打印技術(shù),。其新穎之處在于將工業(yè)化的自動(dòng)纖維放置復(fù)合材料制造工藝中的預(yù)浸漬復(fù)合材料帶作為原料（而不是預(yù)浸漬的長絲）。

3D打印連續(xù)纖維增強(qiáng)聚合物主要針對(duì)輕質(zhì)和高熱力學(xué)性能（剛度,、強(qiáng)度,、斷裂韌性、耐溫,、耐濕,、耐輻射,、耐化學(xué)制劑）的應(yīng)用場(chǎng)景，能夠在惡劣的負(fù)載和環(huán)境條件下運(yùn)行,，用于航空航天,、汽車、生物機(jī)械（例如,，工具/刀具,、功能原型、復(fù)雜的支架,、外殼和鑲板,、熱發(fā)動(dòng)機(jī)部件、復(fù)雜的管道主體和連接器,、CubeSats、無人機(jī)/無人機(jī)主體,、小型風(fēng)力渦輪機(jī)葉片,、機(jī)器人部件、體育用品和假肢植入物等行業(yè),。

最終,，PASIFIC博士后獎(jiǎng)學(xué)金計(jì)劃（波蘭科學(xué)院的獎(jiǎng)學(xué)金計(jì)劃）的首屆獲獎(jiǎng)?wù)逜di Adumitroaie博士將負(fù)責(zé)實(shí)施該項(xiàng)目——高性能聚合物復(fù)合材料的3D打印（3Dfy）,。在第一屆PASIFIC博士后獎(jiǎng)學(xué)金項(xiàng)目中,，共有來自60個(gè)國家的科學(xué)家提交了348份申請(qǐng)，來自15個(gè)國家的35名獲獎(jiǎng)?wù)弑贿x中在波蘭科學(xué)院進(jìn)行研究,。他們的項(xiàng)目涵蓋了所有三個(gè)小組的17個(gè)學(xué)科--物理科學(xué)和工程（15項(xiàng)獎(jiǎng)學(xué)金）,、生命科學(xué)（10項(xiàng)）以及社會(huì)科學(xué)和人文科學(xué)（10項(xiàng)）。

Adi Adumitroaie博士主持的這項(xiàng)3Dfy項(xiàng)目旨在為高性能復(fù)合材料及其應(yīng)用開發(fā)一種創(chuàng)新的3D打印加工方法,，并證明其可行性,。該項(xiàng)目考慮了幾個(gè)方面，如連續(xù)纖維加固（如碳,、玻璃）,，其本身就為復(fù)合材料提供了卓越的機(jī)械性能（如剛度、強(qiáng)度）,；以及高性能熱塑性基體（如PEEK,、PEKK、PEI,、PPS）,，其為3D打印的復(fù)合材料提供了卓越的熱機(jī)械性能（如熱、化學(xué),、輻射,、環(huán)境,、磨損、抗壓,、斷裂韌性）,。

與目前處理類似聚合物打印問題的最先進(jìn)技術(shù)相比，3Dfy項(xiàng)目的創(chuàng)新之處在于提出了一種能夠處理新原料類型的新型擠出頭,，以及復(fù)合材料3D打印的新方法和技術(shù),。市場(chǎng)上可用的具有矩形截面的預(yù)浸漬復(fù)合材料帶被用作原料，而不是內(nèi)部專有的具有圓形截面的預(yù)浸漬長絲（如目前同一細(xì)分市場(chǎng)上的其他競(jìng)爭者所做的）,。

3Dfy項(xiàng)目的核心內(nèi)容涉及以下幾個(gè)方面：

(a) 用于復(fù)合3D打印機(jī)的多相（聚合物基體和增強(qiáng)纖維）原料,；

(b) 原料的復(fù)合3D打印加工技術(shù)；

(c) 輸出的3D打印復(fù)合材料的性能,。

因此,，3Dfy項(xiàng)目涵蓋了多學(xué)科、多物理學(xué)和多尺度的內(nèi)容,，包括材料科學(xué)和技術(shù)（增強(qiáng)纖維和聚合物基體成分,、它們的兼容性、聚合物基體配方,、根據(jù)加工方法需要的添加劑和改性劑）,；原料材料開發(fā)；工藝技術(shù),；產(chǎn)品（復(fù)合3D打印擠出頭）開發(fā),；數(shù)字化制造、自動(dòng)化和控制,；復(fù)合材料設(shè)計(jì),、分析和物理測(cè)試；虛擬建模和仿真,；工藝和產(chǎn)品驗(yàn)證,。此外，該項(xiàng)目建立在PI Adi Adumitroaie博士之前的RDI基礎(chǔ)上,，旨在繼續(xù)最初的RDI,，提高TRL并將技術(shù)推進(jìn)到市場(chǎng)。

如果你想了解更多關(guān)于該項(xiàng)目的信息,，可以點(diǎn)擊這里：https://www.ippt.pan.pl/en/news/ ... -fellowship-program