構建未來：探索連續纖維3D打印的先行者
時間：2024-05-29 09:02 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
導讀：連續纖維增材制造（Continuous Fiber Additive Manufacturing,
CFAM）是一種先進的3D打印技術，能夠在打印過程中嵌入連續的纖維材料，顯著提高打印件的結構強度和剛性。近年來，CFAM技術得到了顯著的發展，尤其是在力學性能的提升、工藝參數優化、以及新材料的應用方面取得了進步。CFAM技術的有效應用推動了結構設計制造的轉變，從“為制造而設計”向“為設計而制造”的理念轉變。那么，目前聚焦于連續纖維增材制造技術的廠商有哪些？連續纖維增材制造的未來發展如何？
阿奈索
阿奈索是全世界最早研究連續纖維技術的團隊之一，多年來專注連續纖維共擠3D打印技術，主要制造輕量化、形狀復雜且具有超高機械性能的復合材料零部件。2023年，阿奈索宣布將公司整體搬至中國，并更名為阿奈索三維打印有限公司，以上海為營銷中心，蘇州常熟為研發制造總部，并且已于2023年7月在國內完成了數千萬元人民幣的首輪融資。阿奈索在中國制造業第一大國的土壤上，能實現技術上更快速的升級迭代，產品生產上最大程度的降本增效。
主要技術
阿奈索的專利Composite Fiber Co-extrusion（CFC）復合纖維共擠技術可以在多種基體樹脂材料中實現連續纖維增強，開放了材料體系，極大豐富了使用場景。得益于CFC技術帶來的靈活的纖維體積分數，Anisoprint產品可以打印出多種形狀的點陣結構連續纖維填充，在大幅降低制造成本與制造時間的同時，保持結構強度的均衡分布。
阿奈索的Composite Fiber Co-extrusion（CFC）技術是一種創新的增材制造過程，用于生產輕質且強度高的復合材料部件，具有復雜的形狀和內部結構。這一過程基于通過特殊開發的打印頭將連續的復合纖維嵌入熔融塑料中。打印頭包括兩個擠出機，一個用于塑料（FFF），另一個用于復合材料（CFC）。復合擠出機有兩個入口和一個噴嘴。中央入口用于復合纖維，側面入口用于塑料。復合纖維通過中央通道進入，并由通過側面通道進入加熱塊的熔融塑料包覆。通過擠出機噴嘴，連續纖維與熔融塑料層層鋪設在工作面上，從而形成了增強連續纖維的復合部件。
CFC技術支持使用多種塑料，處理溫度可達500°C，包括ABS、PLA、PETG、PA和PC等。材料可以根據部件的運行或經濟參數的目標進行變化，以實現最佳性能。這項技術的優勢在于它結合了形狀的靈活性和廣泛的塑料選擇范圍，能夠制造出高質量的增強材料。例如，可以用于制造航空座椅支架、機器人腿部、乳品生產線的零件等。
亮點產品
1.工業級連續纖維3D打印設備——Composer Nova
Composer Nova主要解決四大痛點：打印速度慢、支撐結構難去除、纖維頭易堵料、成本高昂。Composer Nova目前已經在海內外已經銷售，客戶包括法國米其林、日本本田等，以用于批量打印工裝夾具等。
優勢：具有新一代超高穩定性CFC打印頭，可實現4個打印頭獨立自動切換。具備纖維鋪設力度與速度全自動監控及調整，能夠自動調平、自動校準、全封閉材料存儲倉。設備支持水溶性支撐材料，非常便于去除支撐。設備還具有多種硬件檢測和控制整個打印過程，包括材料感應傳感器、纖維編碼器以及張力傳感器。
2.桌面級打印設備——Composer A3&A4
阿奈索的Composer A3和Composer A4是兩款專業的桌面級連續碳纖維3D打印機，也是使用CFC技術來生產連續纖維增強的聚合物和熱塑性部件。這兩款打印機的主要區別在于打印的體積大小，A3打印機的打印體積為460 × 297 × 210 mm，A4打印機的打印體積為297 × 210 × 140 mm，更適小體積制造以及空間有限的環境。A3和A4的是兩款已經銷售多年的連續纖維3D打印設備，有超過一兩百臺的保有量。這兩款產品最主要的三大特點是開源、開放、安全，在國內受到了極大的歡迎，尤其是高校和科研機構等。
阿奈索還有PROM系列打印機，這也是工業生產級打印機、 具備大尺寸定制方案、能夠兼容高溫材料。工業級高溫材料連續纖維3D打印機prom IS 500，可以升級為四個打印頭，打印超大成型尺寸。除了上述的產品系列外，阿奈索還有一款基于六軸機械臂打印設備——PROM PT，對于打印復雜的幾何形狀更加靈活適用，可以在3D維度上實現連續纖維3D打印。
協同高科
深圳協同創新高科技發展有限公司（協同高科）成立于2019年，核心以服務航空航天等重大工業領域產品的輕量化、高性能、數字化、智能化為目標，通過連續纖維、金屬、陶瓷增材制造等多種3D打印裝備、材料、工藝技術研發，形成完備產品鏈條。自成立以來，公司已面向航空航天等重大國防等工業應用場景推進增材制造核心裝備的國產化進程，是一家累計完成20+項典型技術突破和產業拓展，形成50+項關鍵或共性技術突破，累計知識產權100+項的國家級高新技術企業，旗下已形成協同高科（XT）、云疆智造（YJ）和斐帛科技（Combot）等多個品牌。
主要技術
協同高科使用連續纖維增強熱塑性聚合物基高性能復合材料進行3D打印，其CFAM技術不僅改進了傳統3D打印零件強度不足的缺點，推動了3D打印技術向工業化應用的進程，還克服了傳統復合材料成型工藝成本高、周期長的技術瓶頸。這使得高性能復雜結構復合材料構件的低成本一體化快速制造成為可能。協同高科的CFAM技術具有以下特點：
●高性能復合材料：采用連續纖維與熱塑性聚合物為原材料，實現復合材料制備與復雜結構復合材料零件成形的一體化制造。
●技術創新：協同高科的技術源自西安交通大學機械制造系統工程國家重點實驗室，致力于中國連續纖維復材3D打印的研發與應用。
●專利技術：擁有大量專利，是中國首批連續纖維3D打印的團隊之一，專利技術數量在國內排名第一。
●工業應用：CFAM技術在航空航天、武器軍工、高校院所、投資機構等領域獲得青睞，以自主知識產權突破“卡脖子”技術，增強市場競爭力。
亮點產品
1.YJ-F600
YJ-F600是協同高科推出的一款大尺寸大尺寸連續纖維增強打印機，打印幅面高達600*450*500，此設備集成了四室協溫策略，將基板、噴頭、料倉等溫度協同起來，主要為了完成特種塑料基基體的打印過程，是工業級的一款設備。可以打印連續纖維體系、碳纖維體系、玄武巖纖維、玻璃纖維等，可用的材料范圍非常的廣，適合高性能材料的打印。
YJ-F600的核心優勢在于其國內首創的工業級連續纖維3D打印智能裝備，擁有自主知識產權。成型尺寸滿足大多數工業構件需求，最高可實現410℃高溫塑料打印，可用于生產具有連續纖維增強的高溫熱塑性復合材料。設備還配備了伺服電機+滾珠絲桿高精度控制，加熱高溫打印平臺，大理石保溫艙室，滿足工業制造、科研等不同領域的使用需求
2.YJ-X300-M
除了高溫設備之外，還有低溫設備YJ-X300-M，此設備的體積較小，幅面為350*350*350，打印溫度在300-300攝氏度以下，能夠打印PA、PC等材料體系，碳纖維、玻璃纖維和玄武巖纖維也是沒有問題的。YJ-X300是一款專為打印結構復雜的復合材料零件而設計的連續纖維3D打印裝備，這款設備具有桌面機的價格和工業機的品質。具有雙噴頭協作打印功能，支持斷點打印、區間打印，帶自動剪斷功能，使其能夠在打印過程中實現連續纖維和樹脂的精確控制，從而提高打印出的零件的力學性能和表面質量，既滿足了科研使用，也能滿足工業要求。
3.多自由度連續纖維3D打印平臺
協同高科的多自由度連續纖維打印平臺是一項先進的3D打印技術，通過增加打印過程中的自由度來提高打印零件的精度和質量。這種打印平臺通常配備有多個運動軸，可以在多個方向上移動和定位，從而允許創建更復雜的幾何形狀和結構。協同高科的這款設備具有以下特點：
●機械臂：具有六個自由度，能夠在三維空間內靈活移動。
●打印平臺：具有擺動和旋轉兩個自由度，增加了打印過程的靈活性。
●雙噴頭設計：一個噴頭用于打印基體材料，另一個噴頭用于添加纖維材料，這樣的配置有助于提高構件的力學性能。
●應用：適用于需要斜面結構以保證力學穩定性的薄殼件，以及其他需要高強度和復雜形狀的零件。
這種多自由度的打印平臺在制造過程中可以克服材料各向異性帶來的性能限制，特別是在Z軸方向上。此外，由于可以在不更換打印頭的情況下完成兩種材料的打印，因此可以提高打印效率和速度，降低制造成本。
長江工研院
長江工研院，即南京長江工業技術研究院有限公司，是一家由南京航空航天大學與南京市六合區人民政府共同成立的國有企業，在連續纖維復合材料3D打印裝備領域取得了顯著成就。
亮點產品
1.工業級500系列打印機
長江工研院推出的工業級500系列打印機主要針對工業生產環境下對復材構件極高的熱穩定性、力學性能、化學穩定性及抗磨性能應用場景需求，設備采用液冷高溫雙協同打印頭，結合高腔溫和高基板溫度，為纖維增強PEEK等高性能復合材料增材制造需求提供全套技術解決方案。設備的主要特點如下：
●專業性一雙噴頭支持短/連續纖維自動切換
●高性能一高腔溫適于PEEK等打印
●開放性一廣泛支持市場化及定制化絲材
●靈活性一配套高可設計性路徑規劃軟件
阿奈索
阿奈索是全世界最早研究連續纖維技術的團隊之一，多年來專注連續纖維共擠3D打印技術，主要制造輕量化、形狀復雜且具有超高機械性能的復合材料零部件。2023年，阿奈索宣布將公司整體搬至中國，并更名為阿奈索三維打印有限公司，以上海為營銷中心，蘇州常熟為研發制造總部，并且已于2023年7月在國內完成了數千萬元人民幣的首輪融資。阿奈索在中國制造業第一大國的土壤上，能實現技術上更快速的升級迭代，產品生產上最大程度的降本增效。
△阿奈索團隊
主要技術
阿奈索的專利Composite Fiber Co-extrusion（CFC）復合纖維共擠技術可以在多種基體樹脂材料中實現連續纖維增強，開放了材料體系，極大豐富了使用場景。得益于CFC技術帶來的靈活的纖維體積分數，Anisoprint產品可以打印出多種形狀的點陣結構連續纖維填充，在大幅降低制造成本與制造時間的同時，保持結構強度的均衡分布。
△CFC技術示意圖
阿奈索的Composite Fiber Co-extrusion（CFC）技術是一種創新的增材制造過程，用于生產輕質且強度高的復合材料部件，具有復雜的形狀和內部結構。這一過程基于通過特殊開發的打印頭將連續的復合纖維嵌入熔融塑料中。打印頭包括兩個擠出機，一個用于塑料（FFF），另一個用于復合材料（CFC）。復合擠出機有兩個入口和一個噴嘴。中央入口用于復合纖維，側面入口用于塑料。復合纖維通過中央通道進入，并由通過側面通道進入加熱塊的熔融塑料包覆。通過擠出機噴嘴，連續纖維與熔融塑料層層鋪設在工作面上，從而形成了增強連續纖維的復合部件。
CFC技術支持使用多種塑料，處理溫度可達500°C，包括ABS、PLA、PETG、PA和PC等。材料可以根據部件的運行或經濟參數的目標進行變化，以實現最佳性能。這項技術的優勢在于它結合了形狀的靈活性和廣泛的塑料選擇范圍，能夠制造出高質量的增強材料。例如，可以用于制造航空座椅支架、機器人腿部、乳品生產線的零件等。
亮點產品
1.工業級連續纖維3D打印設備——Composer Nova
△Composer Nova工業級CFC打印機
Composer Nova主要解決四大痛點：打印速度慢、支撐結構難去除、纖維頭易堵料、成本高昂。Composer Nova目前已經在海內外已經銷售，客戶包括法國米其林、日本本田等，以用于批量打印工裝夾具等。
優勢：具有新一代超高穩定性CFC打印頭，可實現4個打印頭獨立自動切換。具備纖維鋪設力度與速度全自動監控及調整，能夠自動調平、自動校準、全封閉材料存儲倉。設備支持水溶性支撐材料，非常便于去除支撐。設備還具有多種硬件檢測和控制整個打印過程，包括材料感應傳感器、纖維編碼器以及張力傳感器。
2.桌面級打印設備——Composer A3&A4
△Composer A3&A4打印機
阿奈索的Composer A3和Composer A4是兩款專業的桌面級連續碳纖維3D打印機，也是使用CFC技術來生產連續纖維增強的聚合物和熱塑性部件。這兩款打印機的主要區別在于打印的體積大小，A3打印機的打印體積為460 × 297 × 210 mm，A4打印機的打印體積為297 × 210 × 140 mm，更適小體積制造以及空間有限的環境。A3和A4的是兩款已經銷售多年的連續纖維3D打印設備，有超過一兩百臺的保有量。這兩款產品最主要的三大特點是開源、開放、安全，在國內受到了極大的歡迎，尤其是高校和科研機構等。
△阿奈索產品系列
阿奈索還有PROM系列打印機，這也是工業生產級打印機、 具備大尺寸定制方案、能夠兼容高溫材料。工業級高溫材料連續纖維3D打印機prom IS 500，可以升級為四個打印頭，打印超大成型尺寸。除了上述的產品系列外，阿奈索還有一款基于六軸機械臂打印設備——PROM PT，對于打印復雜的幾何形狀更加靈活適用，可以在3D維度上實現連續纖維3D打印。
協同高科
深圳協同創新高科技發展有限公司（協同高科）成立于2019年，核心以服務航空航天等重大工業領域產品的輕量化、高性能、數字化、智能化為目標，通過連續纖維、金屬、陶瓷增材制造等多種3D打印裝備、材料、工藝技術研發，形成完備產品鏈條。自成立以來，公司已面向航空航天等重大國防等工業應用場景推進增材制造核心裝備的國產化進程，是一家累計完成20+項典型技術突破和產業拓展，形成50+項關鍵或共性技術突破，累計知識產權100+項的國家級高新技術企業，旗下已形成協同高科（XT）、云疆智造（YJ）和斐帛科技（Combot）等多個品牌。
△協同高科參加TCT ASIA 2024展會，現場部分工作人員合影
主要技術
協同高科使用連續纖維增強熱塑性聚合物基高性能復合材料進行3D打印，其CFAM技術不僅改進了傳統3D打印零件強度不足的缺點，推動了3D打印技術向工業化應用的進程，還克服了傳統復合材料成型工藝成本高、周期長的技術瓶頸。這使得高性能復雜結構復合材料構件的低成本一體化快速制造成為可能。協同高科的CFAM技術具有以下特點：
●高性能復合材料：采用連續纖維與熱塑性聚合物為原材料，實現復合材料制備與復雜結構復合材料零件成形的一體化制造。
●技術創新：協同高科的技術源自西安交通大學機械制造系統工程國家重點實驗室，致力于中國連續纖維復材3D打印的研發與應用。
●專利技術：擁有大量專利，是中國首批連續纖維3D打印的團隊之一，專利技術數量在國內排名第一。
●工業應用：CFAM技術在航空航天、武器軍工、高校院所、投資機構等領域獲得青睞，以自主知識產權突破“卡脖子”技術，增強市場競爭力。
亮點產品
1.YJ-F600
△YJ-F600
YJ-F600是協同高科推出的一款大尺寸大尺寸連續纖維增強打印機，打印幅面高達600*450*500，此設備集成了四室協溫策略，將基板、噴頭、料倉等溫度協同起來，主要為了完成特種塑料基基體的打印過程，是工業級的一款設備。可以打印連續纖維體系、碳纖維體系、玄武巖纖維、玻璃纖維等，可用的材料范圍非常的廣，適合高性能材料的打印。
YJ-F600的核心優勢在于其國內首創的工業級連續纖維3D打印智能裝備，擁有自主知識產權。成型尺寸滿足大多數工業構件需求，最高可實現410℃高溫塑料打印，可用于生產具有連續纖維增強的高溫熱塑性復合材料。設備還配備了伺服電機+滾珠絲桿高精度控制，加熱高溫打印平臺，大理石保溫艙室，滿足工業制造、科研等不同領域的使用需求
2.YJ-X300-M
△YJ-X300-M
除了高溫設備之外，還有低溫設備YJ-X300-M，此設備的體積較小，幅面為350*350*350，打印溫度在300-300攝氏度以下，能夠打印PA、PC等材料體系，碳纖維、玻璃纖維和玄武巖纖維也是沒有問題的。YJ-X300是一款專為打印結構復雜的復合材料零件而設計的連續纖維3D打印裝備，這款設備具有桌面機的價格和工業機的品質。具有雙噴頭協作打印功能，支持斷點打印、區間打印，帶自動剪斷功能，使其能夠在打印過程中實現連續纖維和樹脂的精確控制，從而提高打印出的零件的力學性能和表面質量，既滿足了科研使用，也能滿足工業要求。
3.多自由度連續纖維3D打印平臺
△多自由度連續纖維打印平臺
協同高科的多自由度連續纖維打印平臺是一項先進的3D打印技術，通過增加打印過程中的自由度來提高打印零件的精度和質量。這種打印平臺通常配備有多個運動軸，可以在多個方向上移動和定位，從而允許創建更復雜的幾何形狀和結構。協同高科的這款設備具有以下特點：
●機械臂：具有六個自由度，能夠在三維空間內靈活移動。
●打印平臺：具有擺動和旋轉兩個自由度，增加了打印過程的靈活性。
●雙噴頭設計：一個噴頭用于打印基體材料，另一個噴頭用于添加纖維材料，這樣的配置有助于提高構件的力學性能。
●應用：適用于需要斜面結構以保證力學穩定性的薄殼件，以及其他需要高強度和復雜形狀的零件。
這種多自由度的打印平臺在制造過程中可以克服材料各向異性帶來的性能限制，特別是在Z軸方向上。此外，由于可以在不更換打印頭的情況下完成兩種材料的打印，因此可以提高打印效率和速度，降低制造成本。
長江工研院
長江工研院，即南京長江工業技術研究院有限公司，是一家由南京航空航天大學與南京市六合區人民政府共同成立的國有企業，在連續纖維復合材料3D打印裝備領域取得了顯著成就。
亮點產品
1.工業級500系列打印機
△工業級500系列打印機
長江工研院推出的工業級500系列打印機主要針對工業生產環境下對復材構件極高的熱穩定性、力學性能、化學穩定性及抗磨性能應用場景需求，設備采用液冷高溫雙協同打印頭，結合高腔溫和高基板溫度，為纖維增強PEEK等高性能復合材料增材制造需求提供全套技術解決方案。設備的主要特點如下：
●專業性一雙噴頭支持短/連續纖維自動切換
●高性能一高腔溫適于PEEK等打印
●開放性一廣泛支持市場化及定制化絲材
●靈活性一配套高可設計性路徑規劃軟件
(責任編輯：admin)
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