協同高科:連續纖維復合材料3D打印將引領3D打印新趨勢
2024增材制造產業發展論壇暨增材制造產業年會論壇于12月19日在廣州召開。在此次行業盛會上,深圳協同創新高科技發展有限公司副總經理羅盟先生發表了題為“連續纖維復合材料3D打印技術發展及應用趨勢”的專題報告,深入探討連續纖維3D打印在新材料、裝備與工藝等方面的最新進展與未來前景。
羅盟指出,3D打印行業歷經快速發展后,已逐漸形成金屬與非金屬領域并行互補的局面。其中,連續纖維復合材料因兼具高強度和輕量化優勢而備受關注,但其在工業界的應用尚未大規模普及。本次報告針對連續纖維3D打印的背景、技術與產業現狀、知識產權分布及未來前景展開了系統闡述。
連續纖維復合材料3D打印的背景與優勢
報告首先回顧了全球3D打印的發展態勢,強調美國國防部、大型企業在高端航空航天等領域的領先應用。隨著復合材料在極端環境、高真空與熱循環條件下表現出的優異性能,連續纖維3D打印也正被視為突破材料極限、實現輕量化制造的重要方案。與傳統復合材料制造方式相比,連續纖維3D打印能有效減少模具需求、提升材料回收性,并可靈活滿足復雜結構與大規模定制等多元化需求。
技術與產業現狀
在技術路徑上,連續纖維復合材料3D打印經歷了以下關鍵階段:
●從短纖增強向連續纖維復合轉變,材料力學性能上限逐步接近傳統先進復合材料水準;
●從平面成形向多自由度打印轉變,具備通過拓撲算法與曲面/曲線纖維排布進行結構優化的能力;
●性能從數百兆帕級提升至超過千兆帕,并仍有較大上升空間。
近年來,國內科研院所與企業在材料、裝備與軟件協同方面取得重要進展:
●實現低至兩百攝氏度、高至四百攝氏度以上的打印溫區覆蓋,滿足不同熱塑性樹脂應用需求;
●針對打印速度、力學性能以及溫度精度控制進行了深入研究,力求穩步推進產業化;
●在汽車、航空、自行車以及其他終端零部件上的應用范例不斷增多,展現出在多領域加速落地的實力。
國內知識產權分布與發展趨勢
通過對連續纖維3D打印相關專利的檢索和分析可見:
●行業早期(2010年前后)處于萌芽期,研究與申請數量有限;
●2015—2019年進入快速增長期,隨著國家層面支持3D打印產業,各高校與科研機構的專利數量大幅提高,重點集中在設備相關技術;
●2019年至今進入初步穩定期,企業在專利申請中所占比重逐漸上升,與終端應用場景結合更加緊密,針對生產工藝和設計仿真等領域的創新不斷涌現。
未來,隨著企業主導地位的加強,國內連續纖維3D打印產業有望邁向以市場需求為導向、協同多方力量推進的成熟階段。
未來產業前景
羅盟強調,航空航天、低空經濟、汽車工業、機器人輕量化、現代體育器材等領域是連續纖維3D打印的核心需求端。要真正實現規模化應用,還需持續突破材料適配穩定性、纖維含量上限、性能與仿真設計等多個關鍵環節。與傳統工藝互為補充,并建立起軟件、硬件和材料的深度聯動,將為高質量、可持續性的3D打印技術打開更廣闊的應用空間。
在報告的最后,羅盟呼吁各行業專家、企業和科研單位共同探索連續纖維復合材料3D打印的更大可能性,強化上下游資源整合,助力我國乃至全球3D打印產業邁向新的高度。
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