1. Yleiskatsaus 3D-tulostuskomposiittilaitteisiin
3D-tulostusteknologian vallankumouksellinen lisäainevalmistusmenetelmä on tulossa yhä tärkeämmäksi teollisuudessa. Pinoamalla materiaaleja kerros kerrokselta se pystyy valmistamaan nopeasti monimutkaisia tarkkuusosia ilman perinteisten muottien tarvetta, lyhentää tuotantosykliä, parantaa materiaalin käyttöä, alentaa kustannuksia ja murtaa perinteisen valmistustekniikan rajoitukset monimutkaisten osien valmistuksessa. Erityisesti pienten monimutkaisten osien tuotannossa ja suunnittelun optimoinnissa 3D-tulostustekniikka on osoittanut vahvaa kilpailukykyä markkinoilla ja siitä on tullut keskeinen voima tuotantoinnovaatioiden edistämisessä.
Myös komposiittimateriaaleilla on tärkeä rooli nykyaikaisessa valmistuksessa. Ne koostuvat yleensä kahdesta tai useammasta materiaalista, joilla on erilaiset ominaisuudet, ja optimoimalla suhdetta ja rakennetta niillä saavutetaan toisiaan täydentävä suorituskyky ja parannus. Niille on ominaista korkea lujuus, alhainen tiheys, korroosionkestävyys, korkean lämpötilan kestävyys jne. Niitä käytetään laajalti ilmailuteollisuudessa, autoteollisuudessa, lääketieteellisissä laitteissa ja muilla aloilla, mikä auttaa vähentämään painoa, parantamaan tehokkuutta ja parantamaan rakenteellista lujuutta ja suorituskykyä.
Tarkkojen ja -suorituskykyisten osien kasvavan kysynnän myötä 3D-tulostustekniikan ja komposiittimateriaalien yhdistämisestä on tullut väistämätön trendi. 3D-tulostuskomposiittilaitteet voivat valmistaa komposiittiosia nopeasti ja tarkasti ja edistää valmistusteollisuuden muutosta ja uudistumista. Tämä tekniikka ei ainoastaan täytä tiukat vaatimukset monimutkaisille osille huippuluokan{5}}aloilla, vaan se tarjoaa myös innovatiivisia mahdollisuuksia muille aloille, kuten tieteelliseen tutkimukseen ja koulutukseen, kulutuselektroniikkaan ja kulttuuriseen luovuuteen.
Tällä hetkellä on kehitetty monenlaisia 3D-tulostustekniikoita, kuten stereolitografia (SLA), selektiivinen lasersintraus (SLS) ja sulatettu saostusmuovaus (FDM). FDM-tekniikasta on tullut yksi markkinoiden laajimmin käytetyistä 3D-tulostustekniikoista, koska sen edut ovat edullisia, yksinkertaisia valmistusmenetelmiä ja sovellettavuutta monenlaisiin materiaaleihin. Polymeeri 3D-tulostusprosessi on siirtymässä kohti alhaisia tulostuskustannuksia, alhaista energiankulutusta, suurta kokoa ja korkeaa tulostusnopeutta, vähitellen toteuttaen massatuotantoa ja kilpailemalla perinteisten muovin tuotantoprosessien kanssa. Jauhepetiprosesseja on sovellettu muoviosien massatuotannossa, kun taas nopeat fotopolymerointitekniikat, kuten DLP ja CLIP, mahdollistavat fotopolymeroituvan 3D-tulostuksen pienierätuotantoon keskittyen prosesseihin, joissa on alhainen energiankulutus ja korkea osien suorituskyky. Materiaalien suulakepuristus 3D-tulostusprosessi on myös siirtymässä kypsyyteen, ja kehitystyössä on käytetty nopeita, suuria{10}}laitteita.
2. Yleiskatsaus toimialan kehitykseen
2.1 3D-tulostuksen komposiittimateriaalilaitteiden kehityshistoria
Kotimaisen 3D-tulostustekniikan kehityshistoria on kuin upea tieteen ja teknologian eepos, joka tallentaa lukemattomien pioneerien viisautta ja rohkeutta ja todistaa kiinalaisen tieteen ja teknologian suuren harppauksen seuraamisesta ohittamaan . 1980, Japanissa syntyi maailman ensimmäinen 3D-tulostuspatentti, joka sytytti tieteen ja teknologian kehityksen kipinänä3. teknologiaa. Kiinassa professori Yan Yongnian perusti Tsinghuan yliopistoon Laser Rapid Prototyping Centerin vuonna 1988, josta tuli Kiinan nopean prototyyppitekniikan perustaja ja joka loi vankan perustan Kiinan 3D-tulostustekniikan kehitykselle. Sittemmin 3D-tulostusteknologian kehitys Kiinassa on vähitellen kiihtynyt. 1993, Kiinan ensimmäinen 3D-tulostusyritys perustettiin, mikä merkitsi Kiinan 3D-tulostusteollisuuden virallista lanseerausta. 1994. Professori Lu Bingheng Xi'an Jiaotongin yliopistosta alkoi omistautua tutkimukseen ja kehittämiseen, jonka tieteelliset tulokset ovat tehneet 3D-tulostimia. Kiinan itsenäinen 3D-tulostusteknologian innovaatio.
2000-luvulla Kiinan 3D-tulostustekniikka aloitti nopeamman kehityksen. 2010, Huazhongin tiede- ja teknologiayliopiston professori Shi Yushengin tiimi kehitti menestyksekkäästi teollisen-luokan 1,2 x 1,2 m lisäainevalmistuslaitteiston, joka oli tuolloin maailman suurin työskentelyalue, korostaen Kiinan suuren mittakaavan tulostuslaitteiden 3D6}. valmistus. 2011, Professori Shi Yusheng -tiimi erinomaisen teknologiansa ansiosta Vuonna 2011 professori Shi Yushengin tiimi valmisti vahavalumuotteja suurista ja monimutkaisista titaaniseososista lentokoneisiin, satelliitteihin ja lentokoneen{11}}moottoreihin kansainvälisen Airbusin ja Kiinan avaruusteknologian viraston käyttöön3. huippuluokan ilmailu- ja avaruusalalla ja saanut kansainvälistä kiitosta. 2013, China 3D Printing Alliance perustettiin virallisesti, mikä osoittaa, että Kiinan 3D-tulostusteollisuus on alkanut siirtyä kohti uutta yhteiskehityksen ja yhteistyön innovoinnin vaihetta sekä rakentaa uutta alustaa teknologian vaihdolle, resurssien integroinnille ja markkinoiden laajentamiselle, resurssien integroinnille ja markkinoiden laajentamiselle. Kiinan ensimmäinen e-palkkimetallin 3D-tulostusjärjestelmä, ZcompleX3, joka täytti teknologiset aukot Kiinan e-palkkimetallien 3D-tulostuskentässä ja mahdollisti Kiinan saavuttamaan uuden korkeuden huippuluokan metallin 3D-tulostustekniikassa. Vuonna 2018 Kunmingin yliopiston suurimman tiedeteknologian ja Manufactin tuotantolaitoksen Additive Centerin pilotoi onnistuneesti Tuolloin yksittäinen 3D-tulostuskone Kunmingin teknillisen yliopiston Additive Manufacturing Center onnistuneesti testasi vuonna 2018 -tuottaen suurimman yksittäisen monimutkaisen titaaniseososan, joka muodostui SLM-prosessilla tuolloin, mikä osoitti täysin Kiinan erinomaista ammattitaitoa ja vahvaa innovaatiokykyä titaaniteknologian avaruusteknologiassa} {3D Academy of 2 Printing Technology} (CAST) sai onnistuneesti päätökseen ensimmäisen "3D-tulostus avaruudessa" -kokeilun, joka on myös maailman ensimmäinen jatkuvakuitu-vahvistettujen komposiittimateriaalien 3D-tulostuskoe. Se on Kiinan ensimmäinen 3D-tulostuskoe ilmailuteknologian alalla. Kiinan avaruusteknologian akatemia sai vuonna 2020 onnistuneesti päätökseen ensimmäisen "3D-tulostus avaruudessa" -kokeilun, joka on myös maailman ensimmäinen 3D-tulostus jatkuvatoimisista kuitu{41}}vahvistetuista komposiittimateriaaleista. Se merkitsee suurta läpimurtoa 3D-tulostustekniikan soveltamisessa ilmailualalla ja tarjoaa uuden teknologisen välineen tulevaa avaruustutkimusta ja -kehitystä varten.
2.2 Komposiittimateriaalilaitteiden kehitystila
Komposiittimateriaalien käytön tämän päivän tieteen ja teknologian alalla sanotaan olevan laajaa ja syvällistä, ja sen ainutlaatuiset suorituskykyedut tekevät siitä välttämättömän avainmateriaalin monilla teollisuudenaloilla. Ilmailu- ja avaruusteollisuudessa komposiittimateriaalit ovat kokeneet suuren muutoksen varhaisesta ei--kuormitusta-kantavasta rakenteesta nykypäivän pää-kantaviin rakenteisiin. Esimerkiksi siipien ja rungon valmistuksessa komposiittien käyttö ei ole pelkästään vähentänyt dramaattisesti lentokoneiden painoa, vaan myös parantanut merkittävästi niiden rakenteellista lujuutta ja kestävyyttä. Puolustusteollisuudessa myös komposiiteilla on tärkeä rooli. Kevyitä panssaroituja ajoneuvoja, stealth-lentokoneita, ohjuksia ja raketteja ja muita laitteita käytetään laajalti komposiittimateriaaleissa, koska sen lujuus, pieni tiheys, hyvä varkain suorituskyky ja muut ominaisuudet voivat parantaa tehokkaasti laitteiden taistelutehokkuutta ja kestävyyttä. Uusissa energiaajoneuvoissa, energian varastoinnissa, aurinkosähkössä ja muilla kehittyvillä aloilla komposiittimateriaalit ovat myös osoittaneet suuria käyttömahdollisuuksia. Uusien energiaajoneuvojen valmistuksessa voidaan käyttää komposiittimateriaaleja korissa, akun kuoressa ja muissa valmistuksen osissa, mikä auttaa vähentämään ajoneuvon painoa, parantamaan kantamaa sekä lisäämään ajoneuvon turvallisuutta ja mukavuutta. Näiden alojen nopean kehityksen myötä komposiittimateriaalien kysyntä kasvaa edelleen, mikä tarjoaa laajan tilan 3D-tulostuskomposiittilaitteiden kehittämiselle.
3. 3D Printing Composites Equipment Industry Chain Panorama
3.1 Markkinoiden mittakaava
3.1.1 Globaali 3D-tulostusmarkkinoiden kokoanalyysi
Maailmanlaajuisen 3D-tulostusteollisuuden tutkimukseen keskittyvän brittiläisen VoxelMattersin "Metal AM" -raportin tietojen mukaan metallien 3D-tulostuksen maailmanlaajuinen markkinaskaala vuonna 2022 oli noin 2,861 miljardia dollaria, josta laitteistojen, materiaalien ja palveluiden markkinaskaala oli 1,476 miljardia dollaria, 398 miljoonaa dollaria ja vastaavasti 98}7} dollaria vuodessa. kasvua 26 %. Maailmanlaajuisten metallien 3D-tulostusmarkkinoiden arvon odotetaan ylittävän 40 miljardia dollaria vuoteen 2032 mennessä ja kasvavan 30,3 prosentin CAGR:llä vuosina 2022-2032. Raportissa yksilöidään myös kymmenen johtavaa yritystä maailmanlaajuisessa metallin 3D-tulostustilassa, nimittäin EOS, SLM Solutions, 3D Systems, Desktop Metal, GE Additive, BLT, Velo3D, DMG Mori, TRUMPF ja HBD, joilla on tärkeä rooli maailmanlaajuisen metallin 3D-tulostusteknologian kehityksessä ja markkinoiden laajentamisessa. ja markkinoiden laajentuminen.
3.1.2 Kiinan 3D-tulostusmarkkinoiden mittakaavaanalyysi
Kiinassa 3D-tulostusmarkkinat osoittavat voimakasta elinvoimaa ja markkinaosuuksilla mitattuna viisi johtavaa yritystä ovat Luen Thai, Stratasys, EOS, GE ja 3D Systems markkinaosuusjärjestyksessä, joista yksikään ei ylitä 20 %, mikä kuvastaa alan suhteellisen alhaista keskittymistä ja kovaa kilpailua markkinoilla, ja samalla viestii alan valtavasta kehityspotentiaalista. Viime vuosina Kiinan tuotantoyritykset ovat aktiivisesti ottaneet käyttöön 3D-tulostustekniikkaa korvatakseen tai optimoidakseen alkuperäisiä tuotantoprosessejaan, mikä on parantanut tuotantonsa älykkyyttä ja täyttänyt hallituksen kiireellisen vaatimuksen Kiinan valmistustuotteiden muuntamista ja päivittämistä varten. Markkinoiden mittakaavassa Kiinan 3D-tulostusteollisuuden mittakaava on osoittanut tasaisen kasvun trendiä vuosi vuodelta ja sen kasvuvauhti on hieman globaalia kokonaiskasvua nopeampi, minkä vuoksi Kiinan 3D-teollisuuden osuus maailman osuudesta jatkaa nousuaan.
Tällä hetkellä Kiinan 3D-tulostinteollisuuden mittakaava kasvaa vuosi vuodelta, ja kasvuvauhti on hieman nopeampi kuin yleinen globaali kasvu, joten Kiinan 3D-teollisuuden osuus maailmassa kasvaa. Ilmailun, autoteollisuuden, lääketieteellisten laitteiden ja muiden teollisuudenalojen nopean kehityksen alla 3D-tulostimien markkinoiden kysyntä on valtava, ja markkinoiden koko näyttää nopean kasvun trendin.
3.2 3D-tulostuslaitteet
3.2.1 FDM/FFF
FDM (Fused Deposition Molding) -tekniikka, joka on laajalti käytetty 3D-tulostustekniikka, perustuu periaatteeseen, että säiemateriaalit kuumennetaan ja sulatetaan ja sitten suulakepuristetaan ja pinotaan kerros kerrokselta suuttimen avulla tietokoneohjatun reitin mukaisesti. Tästä tekniikasta on tullut yksi markkinoiden tällä hetkellä eniten käytetyistä 3D-tulostustekniikoista, jonka edut ovat alhaiset laitteiden ja tulostusmateriaalien kustannukset, yksinkertainen valmisteluprosessi ja soveltuvuus useille eri materiaaleille tulostamiseen, ja se on osoittanut erinomaisen käyttöarvonsa monilla aloilla.
Stratasys F370®CR FDM® -komposiittitulostin on ikoninen -tehokas 3D-tulostin. Se tukee laajan valikoiman korkean -lujien komposiittien ja teknisten{5} materiaalien, kuten ABS-CF10 ja FDM Nylon-CF10, tulostamista, joita käytetään lujuuden ja kestävyyden erinomaisten osien valmistukseen. Tulostimessa on säädettävä osan tiheystoiminto, joka voi joustavasti säätää osan sisällä olevaa rakenteellista tiheyttä osan erilaisten käyttövaatimusten mukaan materiaalien käytön optimoimiseksi ja materiaalihukan vähentämiseksi osan suorituskyvyn takaamiseksi. Sen suuri rakennustila (355 mm x 254 mm x 355 mm) mahdollistaa suurten osien painamisen korkean -lujien kiinnikkeiden, kiinnikkeiden ja valmistustyökalujen tuotantoa varten. Lisäksi koneella on kyky liittää tuotannon suoritusjärjestelmiin tuotantoprosessin digitaaliseen hallintaan ja seurantaan, mikä parantaa tuottavuutta ja hallinnan tarkkuutta.
Markforgedin Mark Two- ja FX20-tulostimet on suunniteltu jatkuvatoimisille hiilikuitu{1}}vahvistetuille polymeereille. Suunnitteluominaisuus antaa niille merkittävän edun alueilla, joilla osien lujuus ja keveys ovat tärkeitä. Tulostimet pystyvät tulostamaan monenlaisille materiaaleille, mukaan lukien kestomuovi, nailon ja jatkuvat hiilikuidut, ja tulostamalla näiden materiaalien yhdistelmälle on mahdollista hyödyntää eri materiaalien ominaisuuksia täysimääräisesti osan suorituskyvyn optimoimiseksi. Esimerkiksi joidenkin osien valmistuksen ilmailualalla tulostimen käyttö voi varmistaa osien rakenteellisen lujuuden samanaikaisesti, vähentää merkittävästi niiden painoa, parantaa lentokoneen polttoainetehokkuutta ja suorituskykyä. Palvelurobottien alalla näillä tulostimilla on myös laaja valikoima sovelluksia, ja ne voivat valmistaa kevyitä, erittäin lujia rakennekomponentteja roboteille, vähentää robotin kokonaispainoa, parantaa sen liikesuorituskykyä ja energiatehokkuutta, jotta saavutetaan kaksi tavoitetta: kustannusten alentaminen ja suorituskyvyn parantaminen. Markforged-sarjat: mukaan lukien Mark2- ja X7-mallit, joissa käytetään sopivaa laserprosessia, hiilikuitujauhetta. ilmailuteollisuudelle. Lasersintrausprosessi, joka sopii ilmailu-, auto-, lääketieteen ja muille aloille.
Arevo Labsin ja 9T Labsin robottijärjestelmät edustavat FDM-teknologian innovatiivisia sovelluksia monimutkaisten geometrioiden valmistukseen. Nämä järjestelmät käyttävät kuusi-akselista robotiikkaa tulostamaan tehokkaasti lyhyitä-kuitukomposiitteja ja CF/PA12-komposiitteja ja valmistamaan monimutkaisia geometrioita kaareville pinnoille. Esimerkiksi Arevo Labsin PEEK/CF-komposiittien tulostamiseen kehittämä robottijärjestelmä hyödyntää kuuden-akselisen robotin ketteryyttä ja suurta-tarkkuutta liikkeenohjauksessa, jotta tulostusmateriaali asetetaan tarkasti monimutkaisiin kolmiulotteisiin tiloihin, jotta voidaan valmistaa osia, joilla on monimutkaiset kaarevat pinnat ja sisäiset rakenteet. Tämä tekniikka rikkoo perinteisten 3D-tulostuslaitteiden rajoitukset geometristen muotojen valmistuksessa tarjoten aivan uuden ratkaisun joidenkin erikoisosien valmistukseen ilmailu-, autoteollisuudessa ja muilla aloilla. 9T Labs osoitti kykynsä sijoittaa CF/PA12-komposiittimateriaaleja kaareville pinnoille ja tarjoaa myös teknistä tukea kaarevien rakenneosien valmistukseen, kuten korkeat - aero-moottorien siivet, autojen pyörännavat ja muut komponentit.
Continuous Compositesin CF3D™-prosessi on vallankumouksellinen jatkuvakuituinen 3D-tulostustekniikka. Tämä ainutlaatuinen prosessi eliminoi kalliiden muottien tai uunien tarpeen, mikä vähentää huomattavasti tuotantokustannuksia ja laitteiden monimutkaisuutta käyttämällä teollisuusrobotteja tulostamaan kuiville kuiduille ja kyllästämällä ne hartsilla in situ. Tekniikka soveltuu erittäin suorituskykyisten jatkuvien kuitujen, kuten ilmailu--hiilikuitujen, lasikuitujen tai aromaattisten polyamidikuitujen valmistukseen, jotka voivat hyödyntää näiden korkean -suorituskykyisten kuitujen mekaanisen suorituskyvyn etuja, ja valmistaa komposiittiosia, joilla on suuri lujuus ja jäykkyys. Esimerkiksi ilmailuteollisuuden rakennekomponenttien valmistuksessa CF3D™-prosessilla voidaan valmistaa kevyitä ja lujia komponentteja, kuten siipiä ja rungon runkoja, jotka voivat täyttää ilmailuteollisuuden suorituskykyisille ja kevyille komponenteille asetetut tiukat vaatimukset.
Edellä mainittujen laitteiden lisäksi on monia muita FDM-teknologialaitteita, joilla on tärkeä rooli omilla aloillaan. Esimerkiksi Ultimaker+ 3D-tulostin voi tulostaa piinitridihiukkasia sisältävillä komposiittimateriaaleilla, joilla on korkea kovuus ja kulutuskestävyys ja joita voidaan käyttää osien, joilla on korkeat kulutuskestävyysvaatimukset, kuten kulutusta{2}}kestäviä osia teollisuuskoneissa, muoteissa jne. Zmorph 2.0 3D-tulostin tulostaa keraamisilla ominaisuuksilla, joissa on lämmönkestäviä osia}, jotka voivat valmistaa tällaisia keraamisia tahnoja. Zmorph 2.0 3D-tulostimet puolestaan käyttävät keraamisia tahnoja osien, joilla on erityisiä keraamisia ominaisuuksia, kuten korkeita-lämpötiloja ja korroosiota-kestäviä keraamisia osia, joilla on potentiaalisia käyttökohteita kemian- ja elektroniikkateollisuudessa. Nämä laitteet yhdistetään usein avoimen lähdekoodin ohjelmistoihin (kuten Blender ja Ultimaker Cura) mallien suunnittelua ja tulostamista varten. Avoimen-lähdekoodin ohjelmiston avulla käyttäjät voivat olla joustavampia tulostusparametrien asetuksissa ja mallin suunnittelussa, mikä alentaa käytön kynnystä ja edistää FDM-tekniikan laajaa soveltamista ja innovatiivista kehitystä.
3.2.2 Palvelutasosopimus
Light{0}}curing molding (SLA) -tekniikka on korkean-tarkkuus 3D-tulostustekniikka, jonka periaate on sekoittaa valoherkkiä polymeerimonomeereja vahvistaviin hiukkasiin tai kuituihin, ja ultraviolettivalon tiettyjen aallonpituuksien säteilytyksen alaisena fotoinitiaattori laukaisee polymeerimonomeerit muuttumaan kiinteäksi polymeerireaktioksi, joka muuttuu nopeasti nestemäiseksi valokuvaksi{{3}. tilassa, ja sitten ne pinotaan toisen päälle kerros kerrokselta suunnitellun polun mukaisesti, jolloin lopulta muodostuu halutut kolmiulotteiset tuotteet.
SLA-teknologialla on erittäin korkea tarkkuus, ja se voi tuottaa osia erittäin korkealla mittatarkkuudella ja sileällä pinnalla, ja sillä on laaja valikoima sovelluksia erittäin suurta tarkkuutta vaativilla aloilla, kuten koruissa, tarkkuusmuoteissa, lääketieteellisissä laitteissa ja muilla teollisuudenaloilla. Korujen valmistuksessa SLA-teknologia voi tulostaa tarkasti monimutkaisia ja hienoja korumalleja myöhempää valua tai käsittelyä varten, jotta saadaan tarkkoja näytteitä, mikä voi lyhentää huomattavasti korujen suunnittelu- ja tuotantosykliä ja parantaa samalla tuotteiden laatua ja suunnittelun vapautta. Tarkkuusmuottien valmistuksessa SLA-teknologialla voidaan tuottaa erittäin-tarkkoja muottiytimiä ja -onteloita muotin mittatarkkuuden ja pinnan laadun varmistamiseksi, mikä parantaa ruiskupuristettujen tuotteiden laatua ja yhtenäisyyttä. Lääketieteellisten laitteiden, kuten hammasproteesien, kuulokojeiden kuorien ja muiden pienten lääkinnällisten laitteiden valmistukseen SLA-teknologialla voidaan tuottaa tuotteita, jotka sopivat erittäin tarkasti ihmisen fysiologiseen rakenteeseen, mikä parantaa lääkinnällisten laitteiden käyttöä ja mukavuutta.
SLA-tekniikalla on kuitenkin myös joitain rajoituksia. Tällä hetkellä valokovetukseen soveltuvien polymeerihartsimatriisityypit ovat suhteellisen rajallisia, mikä jossain määrin rajoittaa tämän tekniikan käyttöä erilaisten materiaalien suorituskykyvaatimusten alalla. Hartsimatriisin tyypin rajoituksista johtuen se ei välttämättä pysty täyttämään joidenkin erikoisosien vaatimuksia materiaalin mekaanisista ominaisuuksista, lämmönkestävyydestä, kemiallisesta stabiilisuudesta ja muista näkökohdista. Lisäksi, kun lyhytkuituvahviste lisätään painatusprosessin aikana, syntyy todennäköisesti kuitujen laskeutumisongelmia, mikä voi johtaa komposiittimateriaalin epätasaiseen sisäiseen rakenteeseen, mikä vaikuttaa tulostettujen osien suorituskyvyn ja laadun vakauteen. Näiden rajoitusten voittamiseksi tutkijat tutkivat jatkuvasti uusia valoherkkiä hartsimateriaaleja ja kuituvahvistustekniikoita laajentaakseen SLA-tekniikan sovellusaluetta ja parantaakseen sen tulostuslaatua.
3.2.3 LDM/DIW
Direct Ink Writing (DIW) -tekniikka: Tämä on suulakepuristustekniikka, jota käytetään 3D-tulostettujen osien valmistamiseen keramiikasta, metalleista ja muista hienoista materiaaleista. DIW-laitteet ovat edullisia ja sopivat suunnittelijoiden nopeaan prototyyppien tekemiseen. Direct Ink Writing (DIW) -tekniikka, joka tunnetaan myös nimellä Liquid Deposition Molding (LDM), on ainutlaatuinen ekstruusiotekniikka 3D-tulostukseen.
LDM/DIW-tekniikassa käytetyt raaka-aineet ovat liuosten, tahnojen tai hydrogeelien muodossa olevia komposiitteja, joilla on tietty juoksevuus ja jotka kovetetaan ja muovataan jälki{0}}kuumennuksella, ultraviolettivalossa (UV) kovettamalla tai lisäämällä vaikuttavia aineita.
Tämän prosessin merkittävä etu on kyky tuottaa osia toiminnallisilla ja koostumuksellisilla gradienteilla. Joissakin erikoissovellusskenaarioissa, kuten tekoliitosten valmistuksessa biolääketieteen alalla ja toiminnallisten gradienttimateriaalilaitteiden valmistuksessa elektroniikkaalalla, eri materiaalikoostumuksilla tai suorituskyvyn gradienteilla varustettuja osia tarvitaan eri osien toiminnallisten vaatimusten täyttämiseksi.LDM/DIW-teknologialla voidaan tarkasti ohjata eri materiaalimusteiden ekstruusiomäärää ja sekoitussuhdetta painoprosessin aikana. Kuituja, joilla on suuri kuvasuhde ja suuri pitoisuus, ei kuitenkaan pidä lisätä, jotta tulostuspää ei tukkeutuisi tulostusprosessin aikana.
3.2.4 SLS/SLM
Selektiivinen lasersintraus (SLS) on 3D-tulostusmenetelmä, joka käyttää laserin tuottamaa lämpöä jauheiden selektiiviseen sulattamiseen. Käyttämällä polymeerimatriisin ja jauheen vahvistuskuitujen seosta niin, että laser 3D-mallin mukaan jauheen poikkileikkauksen muodosta tietyllä kuumennusalueella, suhteellisen alhainen polymeerijauheen sulamispiste, matriisin ja vahvistussidos komposiitin komponenttien saavuttamiseksi. Korkeampi pintatarkkuus, helppo tukirakenteiden irrotus ja materiaalien kierrätys ovat SLS-muovauksen etuja. Tämän menetelmän ongelmana on kuitenkin se, että kahden materiaalin tiheys sekoitetussa jauheessa on yleensä erilainen, mikä on altis saostumisilmiölle ja tekee tuotteen koostumuksesta epätasaisen. Lisäksi SLS:llä on tiukat vaatimukset raaka-aineen hiukkaskoolle, joten lyhyiden kuitujen, joiden pituus on 20-250 μm, yleinen käyttö ja komposiittimateriaalin mekaaniset ominaisuudet ovat parantuneet vain vähän.
4 Tuleva kehitys
Teknologinen kehitys ajaa komposiittiteollisuutta tuomaan uusia mahdollisuuksia lentoliikennemarkkinoille. Kaupunkienväliset lentoohjaamopalvelut (AAM-markkinat), joissa käytetään kaikkia-sähköisiä eVTOL-lentokoneita, joiden toimintasäde on noin 150 km, edellyttävät korkean -suorituskykyisiä komposiittiosia, joissa 3D-tulostustekniikka on avainasemassa. Vaikka tällä hetkellä vain kourallinen yrityksiä on hyvin rahoitettu-, markkinapotentiaali on valtava. Tuhansien ilmaohjaamojen odotetaan olevan toiminnassa vuoteen 2030 mennessä, mikä luo markkinatilaa 3D-tulostetuille komposiittivarusteille.
Komposiiteilla on tärkeä rooli myös suurten lentokoneiden valmistuksessa, esimerkiksi C919-lentokoneessa käytetään laajasti erilaisia komposiittimateriaaleja, mukaan lukien karkaistu epoksihartsi-pohjainen T800-lujuus hiilikuitukomposiitit, lasikuitukomposiitit, aramidihunajakenno}, hiili{{5}vihkakennomateriaalit. keraamiset-komposiittiturbiinikomponentit. Nämä sovellukset ovat parantaneet lentokoneiden suorituskykyä ja osoittaneet komposiittien merkityksen suurten lentokoneiden valmistuksessa. Teknologian kehittyessä ja komposiittiosien suorituskyvylle, tarkkuudelle ja luotettavuudelle asetettujen vaatimusten kasvaessa 3D-tulostustekniikka tarjoaa tehokkaan ja laadukkaan ratkaisun.
3D-tulostustekniikan kehitys on edistänyt sen soveltamista komposiittimateriaalien alalla. Uusien materiaalien tutkimus ja kehittäminen on rikastanut 3D-tulostettuja komposiittityyppejä ja parantanut niiden suorituskykyä; tulostusprosessien, kuten mikroaaltolämmitystulostuksen ja ultraääniavusteisen 3D-tulostuksen, parantaminen on parantanut tuotteiden tulostusnopeutta ja laatua. ja suutinteknologian innovaatiot, kuten moni-suutin ja erittäin-tarkkuussuutin, ovat parantaneet tuotteiden tarkkuutta ja monimutkaisuutta. Teknologian kypsyys ja markkinoiden laajeneminen ovat alentaneet 3D-tulostuslaitteiden kustannuksia, ja useammalla yrityksellä ja tutkimuslaitoksella on varaa 3D-tulostuskomposiittilaitteiden kustannuksiin, mikä edistää niiden laajaa käyttöä.
3D-tulostuskomposiittilaitteet osoittavat ainutlaatuista ja voimakasta viehätysvoimaansa ja arvoaan nopean teknologisen kehityksen yhteydessä. Teollisuusketju kattaa raaka-aineiden huolellisesta valinnasta ja toimittamisesta alkupäässä ydinlaitteistojen, apukäyttölaitteiden ja erityyppisten 3D-tulostuslaitteiden valmistukseen ja optimointiin keskivirtaan, laajaan käyttöön monilla aloilla, kuten ilmailu-, auto-, lääketieteellinen ja kulutuselektroniikka loppupäässä, mikä on muodostanut täydellisen ja tiiviin teollisen ekosysteemin.
Sovellusalalla 3D-tulostuksen komposiittilaitteet ovat olleet korvaamattomissa{1}}huippuluokan valmistusaloilla. Ilmailun alalla se auttaa lentokoneita saavuttamaan kevyen ja korkean suorituskyvyn; autoteollisuuden alalla se edistää autojen kehitystä personoinnin ja älykkyyden suuntaan; sairaanhoidon alalla se tarjoaa vahvan tuen yksilölliselle ja täsmälliselle lääketieteelliselle hoidolle.
Siitä huolimatta 3D-tulostuksen komposiittilaitteet ovat teknisellä tasolla edelleen haasteiden edessä, kuten materiaalien suorituskyvyn parantaminen, tulostustehokkuus ja laatustandardien parantaminen. Korkea hinta rajoittaa myös sen suosiota. Lisäksi monitieteisten ammattilaisten pula rajoittaa alan kehitystä. Jatkossa materiaaliinnovaatiot, teknologian integrointi ja sovellusten laajentaminen ovat pääasiallinen kehityssuunta. Uusien komposiittimateriaalien tutkimus ja kehitys laajentaa sovellusalueita, ja 3D-tulostusteknologia integroituu tekoälyn, big datan, esineiden internetin ja muiden teknologioiden kanssa tulostuksen laadun ja tehokkuuden parantamiseksi. Samalla 3D-tulostus laajentaa sovellutustaan rakentamisen, energian, kulttuurin ja luovuuden aloilla sekä edistää siihen liittyvien toimialojen innovaatiota ja kehitystä.
Lähde: "China Composites Industry Association"