華曙高科助力南理工碳纖維增強PEEK增材制造工藝研究獲重要成果

來源：華曙高科

近期,，在國家自然科學(xué)基金(52305382) 支持下,，南京理工大學(xué)智能制造學(xué)院湯海斌課題組,，基于華曙高科開源,、超高溫高分子增材制造設(shè)備UT252P,，自主研發(fā)的碳纖維增強PEEK（CF/PEEK）復(fù)合材料SLS制備工藝研究項目,，取得重要成果。

相關(guān)成果以論文《Effect of fabrication process on the microstructure and mechanical performance of carbon fiber reinforced PEEK composites via selective laser sintering》為題,，發(fā)表于國際著名期刊《Composites Science and Technology 246 (2024) 110396》（影響因子9.1,，https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2023.110396），署名作者為Shuxiang Zhang, Haibin Tang, Danna Tang, Tingting Liu, Wenhe Liao,。

△課題組在國際期刊上發(fā)表的論文

此項研究成果表明：

采用選擇性激光燒結(jié)（SLS）技術(shù)打印碳纖維增強PEEK（CF/PEEK）復(fù)合材料,，生產(chǎn)具有優(yōu)異機(jī)械性能的高分子部件，是一項非常有前景的技術(shù),。

為了進(jìn)一步提高采用SLS技術(shù)打印CF/PEEK復(fù)合材料的性能,，湯海斌課題組開發(fā)了CF/PEEK復(fù)合粉末材料，并開發(fā)出不同的打印工藝參數(shù),，研究了激光功率,、層厚,、鋪粉速度、碳纖維重量分?jǐn)?shù),、微觀結(jié)構(gòu)下的碳纖維長度,、鋪粉方向?qū)χ萍�的機(jī)械性能的影響。研究成果表明：在采用0.08 mm層厚的工藝參數(shù)下,，破壞強度高達(dá)117 MPa,。

此外，研究表明：15%的碳纖維重量分?jǐn)?shù)適合SLS技術(shù)打印CF/PEEK復(fù)合材料,，最大破壞強度優(yōu)于碳纖維重量分?jǐn)?shù)為10%的打印結(jié)果,，平均彈性模量達(dá)到8400 MPa，是已發(fā)表論文中最好的,。研究還發(fā)現(xiàn)破壞強度與鋪粉速度是不相關(guān)的，使用長度較長的碳纖維時取得的強度更高,。與破壞強度的明顯變化趨勢不同,，SLS-CF/PEEK的彈性模量敏感性要小得多。

UT252P解決高熔點材料成形難題

華曙高科UT252P于2023年9月正式面市,，目前已實現(xiàn)多臺銷售裝機(jī),。對于科研型用戶而言，可成形材料種類,、工藝參數(shù)的豐富性和開放性,、關(guān)鍵參數(shù)的實時監(jiān)控、設(shè)備開機(jī)成本及穩(wěn)定性等都是其科研應(yīng)用中需要重點考慮的因素,。

湯海斌教授表示：“科研與其他行業(yè)不同,，我們需要進(jìn)行反復(fù)測試，通過不斷調(diào)整和優(yōu)化燒結(jié)參數(shù),，以獲得最佳效果,，并測試材料的耐熱性、強度及韌度等,，華曙UT252P系統(tǒng)開源,，給予了我們很大便利。同時,，UT252P設(shè)備具備燒結(jié)350℃熔點材料的能力,，具有良好的穩(wěn)定性與易操作性，也為CF/PEEK復(fù)合材料工藝的開發(fā)提供了重要保障,�,！�

△南京理工大學(xué)智能制造學(xué)院內(nèi)的華曙高科UT252P設(shè)備

燒結(jié)超高溫尼龍材料對3D打印設(shè)備的溫場控制要求極高，目前,，全球能成熟燒結(jié)超高溫尼龍材料的3D打印設(shè)備屈指可數(shù),。華曙高科UT252P設(shè)備采用自主研發(fā)的8區(qū)溫控技術(shù),，溫場均勻性優(yōu)異，有利于表面質(zhì)量及性能控制,；UT252P采用滾筒鋪粉,，對粉末流動性要求低，適應(yīng)材料更廣泛,，不僅降低材料研發(fā)難度,，還能降低翹曲概率，提高打印質(zhì)量和成功率,。

碳纖維增強PEEK復(fù)合材料應(yīng)用前景廣闊

純PEEK本身是一種特殊的工程塑料,，具有抗輻射、自潤滑,、耐高溫,、耐磨損、抗疲勞等特點,，經(jīng)過碳纖維增強的CF/PEEK材料性能比純PEEK材料在諸多方面都有提升,，其應(yīng)用前景廣闊：

航空航天：CF/PEEK材料具有低密度及良好的加工性等優(yōu)勢，適合高標(biāo)準(zhǔn)航空航天部件,；

電子電器：在高溫,、高壓和高濕度等惡劣環(huán)境下能保持良好的電絕緣性，且不易變形,；

汽車：密度小,、性能良好、工藝方便,，適合輕量化汽車部件,；

醫(yī)療：具備良好生物相容性、高強度和射線可透過性,，可用于制造骨科植入物,，脊柱融合器、椎體間融合裝置和骨固定板等,。

未來,，華曙高科將攜手更多高校科研用戶,，發(fā)揮增材制造技術(shù)優(yōu)勢,，合力推進(jìn)新材料、新工藝,、新應(yīng)用的創(chuàng)新探索,，為我國科研事業(yè)添磚加瓦。