碳纖維復(fù)合材料3D打印技術(shù)取得巨大突破！

魔猴君  行業(yè)資訊   800天前

導(dǎo)讀：幾年前，僅僅能夠在國防和航空航天制造中，使用3D打印技術(shù)就足以具備行業(yè)競爭優(yōu)勢。這些公司悄悄地對材料和工藝進(jìn)行了認(rèn)證，并利用這些技術(shù)在平臺能力、重量或減少有效載荷等方面與競爭對手拉開差距。

△諾斯羅普·格魯曼機(jī)械技術(shù)員Justin Eglitis，通過3D打印技術(shù)制造一個原本不可能完成的設(shè)計方案

今天，當(dāng)增3D打印技術(shù)和材料逐漸站穩(wěn)腳跟時，我們將看到國防、航空航天和太空領(lǐng)域的用例急劇增加。事實上，近十分之九的參與者表示，他們預(yù)計未來幾年內(nèi)的3D打印使用量至少會翻一番。2022年9月13日，美國航空航天和國防制造商諾斯羅普·格魯曼（Northrop Grumman）集團(tuán)報告稱，已在碳/碳復(fù)合材料3D打印技術(shù)上取得了重大突破。該工藝使該公司能夠大規(guī)模生產(chǎn)連續(xù)纖維增材制造復(fù)合材料，據(jù)稱這在增材制造領(lǐng)域是“史無前例的”。

△諾斯羅普·格魯?shù)南乱淮[身轟炸機(jī)

未來航空航天必不可少的先進(jìn)材料

關(guān)于碳/碳復(fù)合材料(c-c composite or carbon-carbon composite material)是碳纖維及其織物增強(qiáng)的碳基體復(fù)合材料。具有低密度(<2.0g/cm3)、高強(qiáng)度、高比模量、高導(dǎo)熱性、低膨脹系數(shù)、摩擦性能好，以及抗熱沖擊性能好、尺寸穩(wěn)定性高等優(yōu)點，是如今在1650℃以上應(yīng)用的少數(shù)備選材料，最高理論溫度更高達(dá)2600℃，因此被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的高溫材料之一。碳/碳復(fù)合材料由于其獨特的性能，已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車工業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，如火箭發(fā)動機(jī)噴管及其喉襯、航天飛機(jī)的端頭帽和機(jī)翼前緣的熱防護(hù)系統(tǒng)、飛機(jī)剎車盤等。

諾斯羅普·格魯曼武器系統(tǒng)公司副總裁兼總經(jīng)理Dan Olson說：“我們正在開創(chuàng)一種快速、免工具的制造工藝，用于制造航空級連續(xù)纖維集成復(fù)合結(jié)構(gòu)，制造業(yè)的這種進(jìn)步將比傳統(tǒng)方法更快地為戰(zhàn)場帶來能力，并確保我們的部隊，擁有最新技術(shù)和先進(jìn)武器，來應(yīng)對現(xiàn)有和未來的武裝威脅?！?/span>

△SCRAM系統(tǒng)打印復(fù)合發(fā)動機(jī)管道 

新工藝SCRAM更具成本和時間優(yōu)勢

該小組開發(fā)的技術(shù)，被稱為可擴(kuò)展復(fù)合增材制造（SCRAM）。這是真正的六軸連續(xù)纖維工業(yè)3D打印設(shè)備，專為生產(chǎn)集成復(fù)合結(jié)構(gòu)而設(shè)計。然后，這些結(jié)構(gòu)經(jīng)過專有的制造工藝并轉(zhuǎn)化為碳/碳結(jié)構(gòu)，為滿足需要復(fù)雜、近凈形狀耐高溫材料的設(shè)計需求。因此，該公司需要這些復(fù)雜的耐熱形狀來制造高超音速和其它高速武器。該小組已經(jīng)利用SCRAM獲得了多項專利。這項技術(shù)省去了很長的工作步驟，包括復(fù)合材料的原位固化。該公司說，這 "極大地改變了高溫復(fù)合的成本模式"。

△該公司開發(fā)的國防無人機(jī)MQ-4C Triton

此外，雖然以前的碳/碳制造技術(shù)是需要大量的人力和物理，但SCRAM工藝使用過程自動化，將成本和生產(chǎn)時間降低了多達(dá)50%。此外，過程自動化為生產(chǎn)的組件的質(zhì)量一致性提供了可衡量的改進(jìn)。它們最近與白宮政府一起實施了AM Forward計劃，并表示：“3D打印可極大提高航空航天制造商的靈活性，因為傳統(tǒng)的鑄造和鍛造工藝通常是資源密集型和時間密集型的。而它是尖端的生產(chǎn)技術(shù)，對美國的全球競爭力和制造業(yè)彈性至關(guān)重要?！?/span>

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