无人机上的复合资料用量屡创新高，甚至曾经呈现了极光飞行迷信公司全复合资料增材制造（ 3D打印 ）喷气无人机，但是，复合资料构造传统上是一个需求忍耐长开发周期的进程，这关于需求疾速创新的无人机产业来说不是坏事。不过近几年，一种可以使得诸如碳纤维／聚醚醚酮（PEEK）零件开发周期延长30倍的新技术曾经面世——延续纤维 3D打印技术 。延续纤维3D打印技术正在随着3D打印机的创新而迅速崛起，它即可以用于大批量消费复合资料零件，也可以打印特别有应战性的特征，比方高度复杂的几何外形或许需求极端精细制造的关重特性。该技术的成熟，关于小型复合资料无人机、低本钱复合资料无人机构造等使用的高效批产将是一个福音。本文将引见一些最新的延续纤维3D打印技术。

美国极光迷信飞行公司全3D打印喷气无人机

一、面向大批量消费的延续纤维3D打印技术

空客资本公司投资了Arevo公司的延续纤维3D打印技术，该公司开发的直接能量堆积（DED）工艺，可以将热塑性预浸丝束打印成零件。DED任务单元由工业机器人、激光加热打印头和旋转构建平台组成，与以往的延续纤维加强3D打印相比，可以将消费速度进步100倍。除了航空零件，Arevo的明星产品是与无人机框架构造相似的自行车车架，延续纤维3D打印技术使其开发周期从18个月延长到了18天。Arevo于2019年2月启动的新工厂拥有八个机器人任务单元，每个都可以每天消费一个车架，包括打印自身以及后处置（例如，钻孔）和用于喷涂的预打磨。在消费的第一年内，消费速度还将进步三倍，为了完成这一目的，Arevo正在努力完成“并行化”，即每个机器人运转多个打印头和/或每个任务单元运转多个机器人。

Arevo还在研讨更大的给料（大型丝束），以求在速度和精度间获得均衡——运用小型丝束取得特征丰厚的复杂外形，但是工艺周期较慢；运用大型丝束有更高的消费速度，但是有转向限制。为了在整个提速进程中坚持质量和可反复性，Arevo使用了原位检测和机器学习技术，以实时控制进程参数。打印机配有多个传感器（测量高度、压力、变形等），零碎软件运用这些传感器的数据依据需求调整工艺参数。这样，当更快地运转机器人时，就可以确保堆积速率、加热、固化和其他参数与基线婚配。Arevo构建了一个工艺的数字化模型，然后停止迭代和改良，如今曾经失掉了许多热塑性塑料的许用值和工艺数据。

轨道复合资料公司也在努力于经过延续纤维加强3D打印工艺停止大规模消费，公司的模块化机器人打印机专为最终产品的需求而设计，可以有很大差别。与Arevo的技术一样，轨道公司的模块化同轴挤出末端执行器、并联机器人和非热压罐工艺的消费速度比以往的延续纤维加强增材制造速度快100倍。挤出喷嘴经过其中心孔供应基体资料，经过四周的环形喷嘴供应纤维，并联机器人经过团队协作放慢消费速度。

轨道公司的技术开发理念是“资料不可知论”，其技术旨在顺应简直任何复合资料：塑料、陶瓷或金属基体，包括热固性塑料、热塑性塑料和碳化硅；枯燥、粘合纤维，从3K到48K丝束；并且可以结合铜或铝线、纳米资料、导电油墨或其他有助于完成多功用构造的选择。与消费专业且本钱更高的资料的企业不同，公司的研发任务正努力于面向规范的低本钱资料优化打印技术，这是在大批量使用中具有本钱竞争力的必要才能。

双机器人延续纤维3D打印机

瑞士9T实验室于2019年2月开端对其CarbonKit停止beta测试，该测试旨在使现有的3D打印机可以停止延续纤维打印，一个未地下的项目估计每年可消费约30000个零件。CarbonKit零碎应用了从开发延续点阵制造（CLF）工艺中取得的知识。该零碎旨在运用工业级廉价资料用作原料，拉挤复合资料棒，然后复合资料棒经过牵引单元进入热可调理的挤出头。零碎可以与一系列热塑性基体体系配合运用，纤维体积含量可达50％以上。该零碎的另一个重要特征是可以缩放挤出横截面积，因而可以顺应具有小丝束的高分辨率使用，以及具有大丝束的大幅面增材制造。

二、面向复杂或精细构造的延续纤维3D打印技术

美国南卡罗来纳大学McNair航空航天创新与研讨中心的研讨人员与TIGHITCO和英格索机床公司协作，开发了用于高度专业化和要求苛刻产品的延续纤维加强3D打印技术。该技术是一种熔融长丝制造（FFF）办法，团队已开收回了热塑性复合长丝和机器人3D打印零碎。零碎将由英格索消费，运用装备有延续纤维堆积末端执行器以及西门子控制零碎的工业机器人平台，提供七个自在度。团队开发技术的主旨是，不希望用大型打印头打印需求少量后处置的大型图案，而是仅需最少后处置的打印。

McNair团队以为该技术十分合适三种使用。首先是航空使用中的小批量制造，例如每架无人机或小型航空器仅需求一个特定高强度组件的使用，使得模具或芯轴难以本钱划算。其次是高度复杂的构造，比方增强网格，应用其他制造办法无法发生所需的强度质量比和刚度质量比。第三种是套印，这是一种在打印进程中拔出组件并由此完全嵌入打印零件中的技术，可以完成零件整合。套印的例子包括在螺纹嵌入圈四周打印，而不是经过打印后处置来添加它；或许在打印零件中嵌入RFID芯片或电子传感器。自动丝束铺放（AFP）的机身仅具有最小水平的集成，许多较小的部件用螺栓固定。而这项技术的亮点在于，假如运用热塑性塑料制造复合资料零件，每次就是经过套印重新熔化以添加新部件。消弭铆钉、紧固件和粘接剂可以明显改善这些航空构造。

延续复合资料公司是延续纤维加强3D打印的先驱，2012年取得了全球最早的工艺专利——CF3D。公司估计有一天该技术将用于按需打印整架飞行器构造——无论是10件还是10000件，由于它具有充沛的经济性。CF3D运用疾速固化热固性树脂（虽然也适用于热塑性塑料），将加强纤维浸渍在打印头内，并在资料堆积后立刻固化复合资料。热固性资料使该工艺可以在自在空间中执行高速打印。使用CF3D技术的纤维体积可到达50-60％，而公司正在以多种方式持续推进该工艺。最近的一个重要停顿包括愈加自动化的工具途径生成；自动化的工具改换，可在同一部件上完成高分辨率单通道和高堆积多通道打印；进步的机器人精确性和精度；开发具有更高力学功能的资料。

延续复合资料公司3D打印机翼剖面

意大利moi复合资料公司的延续纤维制造（CFM）工艺与CF3D类似，也曾经到达晚期采用和开发阶段（技术成熟度等级5）。CFM技术旨在处理运用热固性树脂停止3D打印的应战，并已成功地用环氧树脂、丙烯酸和乙烯基酯打印延续玻璃纤维加强复合资料。紫外线（UV）是moi印刷技术的次要固化工艺，但该工艺也适用于其他固化和后固化机制——这是碳纤维使用所必需的，由于碳的不通明性和黑色搅扰紫外线固化。

三、将速度与精度相结合的延续纤维3D打印技术

作为延续纤维加强3D打印的先驱，Markforged公司用于小批量消费的X7打印机广受欢送，不过公司估计，技术开发会将小批量消费和批量消费交融。目前延续纤维3D打印的市场是低价值、低批量的零件，而将来目的市场将朝着绝对大批量、低价值的零件增长，由于打印机制造商会降低打印本钱和资料本钱。公司预测，用于批量的打印技术仍将具有高度细节的复杂组件所需的功用，由于复杂性通常可在软件中失掉处理。

MarkForged的延续纤维零碎运用由专门开发的热塑性树脂制成的预浸丝束，它运用两个打印头，一个用于基体树脂，另一个用于预浸丝束。技术改良的重点是牢靠性和可反复性。公司还努力于完全闭环的工艺，并开发其他功用，如完选集成的资料跟踪和片面的自动报告功用。Markforged的一个关键市场是打印传统消费线工装的夹具和组件，与机加工铝制组件相比，3D打印的热塑性产品异样巩固但更轻，不会像金属组件那样毁坏零件，而且在同一天内就可以预备好了。

荷兰CEAD集团于2018年11月推出其大型CFAM（延续纤维增材制造）Prime 3D打印机。虽然最后的CFAM Prime用于构建原型产品，但该零碎特别有利于小批量消费大型复杂产品，延长交货工夫、终结模具运用使其成为高效的制造工艺。CFAMPrime是一款完好的基于西门子数控零碎的封锁式打印机，建造体积为2×4×1.5米，是欧洲最大的3D打印机，可以运用一系列热塑性塑料。打印机的均匀输入功率为15千克/小时，无需操作员即可运转24小时。它具有智能加热/冷却零碎，可经过热感摄像头监测工艺，并依据需求实时停止调整。

为了制造延续的纤维加强复合资料，CFAMPrime首先运用所需的热塑性树脂预浸渍延续玻璃纤维或碳纤维，然后打印头将延续纤维与熔化的热塑性树脂颗粒结合，其中还可包括一定百分比的短切纤维，这是该打印机的特征。

欧洲最大的3D打印机

三、完毕语

自Markforged公司于2014年宣布推出Mark One延续纤维3D打印机以来，延续纤维加强复合资料的3D打印技术正在疾速开展。以后，该技术还存在两个次要成绩，一个是纤维含量低且打印层之间的分层能够性高，另一个是缺乏规范化的商业软件。关于前者，目前该技术并无法与传统复合资料工艺竞争，它只是以后制造办法的补充，提供灵敏性和开放式设计以及消费能够性，能够更合适承当复杂功用的小型低本钱无人机消费；但是将来则能够大幅度消弭这些成绩，并且由于消费完全自动化，在从事复杂义务的大中型无人机制造中的竞争将是必定发作的。关于后者，由于市场上尚无延续工具途径的软件，目前每个研发团对都在开发专有软件，希望以比传统切片软件更自动化的方式生成工具途径，与大少数软件开发一样，将来将会呈现工具途径生成软件的规范，而这将进一步促进业界以此3D打印办法批量消费无人机。3D打印无人机比延续纤维3D打印技术呈现更早，但是除了2015年激光迷信飞行公司的验证机，并未掀起更多热潮，而日趋成熟的延续纤维3D打印技术，能够会成为3D打印无人机的新动力，进而开启无人机开展新热潮。

来源：飞机E族，原载地址：http://www.feijizu.com/news/20191006/215712.html欢迎分享本文！