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了解并及时掌握热塑性复合材料制造领域
激光辅助热塑性复合材料自动铺放(LATP-AFP)技术
1⃣️这里说的混合制造是什么意思?
在这篇文章里,“混合制造”指的是在同一个构建过程中或在一个紧密耦合的链条里的工艺混合。
举个例子:打印出来的芯材或次结构,配上铺放的连续纤维蒙皮;在铺好的层压板上再打印一个局部特征;或者在自动铺丝路径周围打印出工装和牺牲几何形状。
这和通常说的“混合材料”不是一回事,尽管那些金属加复材的组件也可以用混合工艺链来生产。
设计问题:哪个子体积应该针对哪种能力来优化,表面质量和纤维主导的强度、几何自由度、产量、返修成本,还是传感器和嵌件的集成?
2⃣️为什么自动铺丝是天然的混合制造搭档?
自动铺丝在纤维铺放方面是纯粹的增材工艺:材料在数字程序控制下一步一步地铺放。它还具备现代增材制造的两个特点:高度自动化,以及从CAD/CAE到机器运动、通常再到检测的数字线程。
这个组合使得自动铺丝异常容易地成为混合策略的中心。把自动铺丝留在它擅长的领域连续纤维铺层、蒙皮和主承载路径上的高生产率,然后把其他所有任务交给互补的工艺。
显而易见的补充:聚合物挤出增材制造。当人们说“把自动铺丝和3D打印混合”时,通常指的是两类中的一类。
3⃣️FFF vs FGF / LFAM
熔丝制造是熟悉的线材供料路线。熔融颗粒挤出,从颗粒料用大喷嘴挤出,在大尺寸机型上常被称为大幅面增材制造,非常适合零件尺度的混合制造,典型的原料是短纤维增强的工程塑料。
在一个混合构建中,熔融颗粒挤出通常做的是自动铺丝不擅长的事:厚的、雕塑状的或类晶格的体积、夹芯芯材、局部凸台和加强筋、快速工装,或者后续要铺放蒙皮的载体几何形状。将打印的填充或芯材几何与连续纤维蒙皮结合的结构夹芯概念,是一个反复出现的工业模式,不是空想。
4⃣️连续纤维3D打印
连续碳纤维3D打印优先考虑真正的3D工具路径、紧弯曲半径和体积特征,这些可能与经典自动铺丝的固结机制产生冲突。通常的权衡仍然适用:固结压力 vs 铺放自由度、纤维体积分数 vs 几何复杂度、产量 vs 特征尺寸。
权衡空间小结
Electroimpact SCRAM:该公司的可扩展复合机器人增材制造单元将原位固结的热塑性自动铺丝与熔丝制造结合。一个流用于水溶性支撑工装,另一个流用于未增强或短切纤维长丝,加上激光辅助加热用于挤出特征的层间结合。公开的工作流程包括打印牺牲工装、缠绕连续纤维热塑性预浸带做蒙皮、用熔丝制造打印芯材肋、再铺放外蒙皮。
嵌入导体和电子器件
特种光纤
流体通道
在这里,自动铺丝的角色通常是提供受控的高质量蒙皮,而挤出工艺则负责为“非石墨”载荷分配体积。认证和维修仍然主导着工业应用的门槛,但工艺架构,即早期划分体积、将交接处作为工程化接头来处理,与机械混合化是一致的。
♨️结论复合材料中的混合制造,本质上是把不同的结构部位分配给最适合它的沉积工艺。自动铺丝凭借其增材特性、自动化能力和数字化工作流,在这一过程中成为可靠的主干。将它和熔丝制造/熔融颗粒挤出以及连续纤维打印结合起来,已经有项目级的验证和供应商概念做支撑,从局部加强的演示件,到完全集成的多芯夹层结构演示件,都在证明这条路走得通。
对于想要应用这些技术的人来说,下一步在于有章法地划分工艺边界:哪些部位归自动铺丝,哪些部位归打印,连续纤维3D打印在哪里能发挥不可替代的作用,以及功能嵌件如何在共享构建空间的同时,不让认证变成一场无休止的旁支任务。