1. Επισκόπηση εξοπλισμού σύνθετων υλικών τρισδιάστατης εκτύπωσης
Η τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης, ως επαναστατική μέθοδος παραγωγής πρόσθετων, γίνεται ολοένα και πιο σημαντική στη μεταποιητική βιομηχανία. Στοιβάζοντας υλικά στρώμα-στρώμα, είναι σε θέση να κατασκευάζει γρήγορα σύνθετα εξαρτήματα ακριβείας χωρίς την ανάγκη παραδοσιακών καλουπιών, να συντομεύει τον κύκλο παραγωγής, να βελτιώνει τη χρήση υλικών, να μειώνει το κόστος και να ξεπερνά τους περιορισμούς της παραδοσιακής τεχνολογίας κατασκευής στην προετοιμασία πολύπλοκων εξαρτημάτων. Ειδικά στην παραγωγή μικρών ποσοτήτων σύνθετων ανταλλακτικών και στη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού, η τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης έχει επιδείξει ισχυρή ανταγωνιστικότητα στην αγορά και έχει γίνει βασική δύναμη για την προώθηση της καινοτομίας στην κατασκευή.
Τα σύνθετα υλικά παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο στη σύγχρονη κατασκευή, αποτελούμενα συνήθως από δύο ή περισσότερα υλικά με διαφορετικές ιδιότητες και μέσω της βελτιστοποίησης της αναλογίας και της δομής επιτυγχάνουν συμπληρωματική απόδοση και βελτίωση. Χαρακτηρίζονται από υψηλή αντοχή, χαμηλή πυκνότητα, αντοχή στη διάβρωση, αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες κ.λπ. Χρησιμοποιούνται ευρέως στην αεροδιαστημική, την αυτοκινητοβιομηχανία, τις ιατρικές συσκευές και άλλους τομείς, συμβάλλοντας στη μείωση του βάρους, στη βελτίωση της απόδοσης και στη βελτίωση της δομικής αντοχής και απόδοσης.
Με την αυξανόμενη ζήτηση για ανταλλακτικά υψηλής Αυτή η τεχνολογία όχι μόνο πληροί τις αυστηρές απαιτήσεις για πολύπλοκα ανταλλακτικά σε τομείς υψηλής-προηγμένης τεχνολογίας, αλλά προσφέρει και καινοτόμες ευκαιρίες για άλλους τομείς όπως η επιστημονική έρευνα και εκπαίδευση, τα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης και η πολιτιστική δημιουργικότητα.
Επί του παρόντος, έχουν αναπτυχθεί διάφοροι τύποι τεχνολογιών τρισδιάστατης εκτύπωσης, όπως η στερεολιθογραφία (SLA), η επιλεκτική πυροσυσσωμάτωση με λέιζερ (SLS) και η χύτευση με τηγμένη εναπόθεση (FDM). Η τεχνολογία FDM έχει γίνει μια από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης στην αγορά λόγω των πλεονεκτημάτων της στο χαμηλό κόστος, τις απλές διαδικασίες προετοιμασίας και την εφαρμογή σε ένα ευρύ φάσμα υλικών. Η διαδικασία πολυμερικής τρισδιάστατης εκτύπωσης κινείται προς το χαμηλό κόστος εκτύπωσης, τη χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, το μεγάλο μέγεθος και τον υψηλό ρυθμό εκτύπωσης, πραγματοποιώντας σταδιακά τη μαζική παραγωγή και ανταγωνισμό με τις παραδοσιακές διαδικασίες παραγωγής πλαστικών. Οι διεργασίες σε στρώματα πούδρας έχουν εφαρμοστεί στη μαζική παραγωγή πλαστικών εξαρτημάτων, ενώ οι τεχνολογίες γρήγορου φωτοπολυμερισμού όπως DLP και CLIP επιτρέπουν την τρισδιάστατη εκτύπωση φωτοπολυμερισμού για παραγωγή μικρής παρτίδας, εστιάζοντας σε διαδικασίες με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και υψηλή απόδοση εξαρτημάτων. Η διαδικασία εκτύπωσης 3D με εξώθηση υλικού κινείται επίσης προς την ωριμότητα, στην ανάπτυξη έχει εφαρμοστεί εξοπλισμός υψηλής-ταχύτητας και μεγάλης{10}}κλίμακας.
2. Επισκόπηση των εξελίξεων του κλάδου
2.1 3Ιστορικό ανάπτυξης εξοπλισμού σύνθετου υλικού εκτύπωσης D
Η ιστορία ανάπτυξης της εγχώριας τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης μοιάζει με ένα θαυμάσιο έπος επιστήμης και τεχνολογίας, που καταγράφει τη σοφία και το θάρρος αμέτρητων πρωτοπόρων και είναι μάρτυρας του μεγάλου άλματος της κινεζικής επιστήμης και τεχνολογίας από την παρακολούθηση στο ξεπέρασμα. 1980, η πρώτη πατέντα τρισδιάστατης εκτύπωσης στον κόσμο γεννήθηκε στην Ιαπωνία, η οποία, σαν μια σπίθα για την παγκόσμια εκτύπωση της επιστήμης και της τεχνολογίας. τεχνολογία. Στην Κίνα, ο καθηγητής Yan Yongnian ίδρυσε το Laser Rapid Prototyping Center στο Πανεπιστήμιο Tsinghua το 1988, το οποίο έγινε ο ιδρυτής της τεχνολογίας ταχείας δημιουργίας πρωτοτύπων της Κίνας και έθεσε γερές βάσεις για την ανάπτυξη της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης της Κίνας. Έκτοτε, ο ρυθμός ανάπτυξης της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης στην Κίνα επιταχύνθηκε σταδιακά. 1993, ιδρύθηκε η πρώτη εταιρεία 3D εκτύπωσης της Κίνας, σηματοδοτώντας την επίσημη έναρξη της βιομηχανίας τρισδιάστατης εκτύπωσης της Κίνας. 1994. καινοτομία της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης.
Τον 21ο αιώνα, η τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης της Κίνας οδήγησε σε μια πιο γρήγορη ανάπτυξη. 2010, η ομάδα του Πανεπιστημίου Επιστήμης και Τεχνολογίας Huazhong, η ομάδα του καθηγητή Shi Yusheng ανέπτυξε με επιτυχία έναν βιομηχανικό-εξοπλισμό παραγωγής προσθέτων 1,2 mx1,2 m, τον χώρο εργασίας του μεγαλύτερου στον κόσμο στον τομέα της μεγαλύτερης κλίμακας{6} στην εποχή του Κατασκευή εξοπλισμού τρισδιάστατης εκτύπωσης. 2011, ομάδα του καθηγητή Shi Yusheng, χάρη στην εξαιρετική της Το 2011, η ομάδα του καθηγητή Shi Yusheng, χάρη στην εξαιρετική τεχνολογία της, κατασκεύασε καλούπια χύτευσης κεριού από μεγάλα και πολύπλοκα εξαρτήματα από κράμα τιτανίου για αεροπλάνα, δορυφόρους και αεροπλάνα και αεροπλάνα για αεροσκάφη τεχνολογία στον διεθνή αεροδιαστημικό τομέα υψηλού-και κερδίζοντας διεθνείς επαίνους. 2013, ιδρύθηκε επίσημα η China 3D Printing Alliance, σηματοδοτώντας ότι η βιομηχανία τρισδιάστατων εκτυπώσεων της Κίνας έχει αρχίσει να κινείται προς ένα νέο στάδιο κοινής ανάπτυξης και συνεργατικής καινοτομίας και να χτίζει μια νέα πλατφόρμα για τεχνολογικές ανταλλαγές, ενοποίηση πόρων2, ενοποίηση πόρων1 και ανάπτυξη αγοράς7. Ο Xi'an Zhimong κυκλοφόρησε το πρώτο σύστημα τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλου e-μεταλλικής δέσμης ZcompleX3 της Κίνας, το οποίο γέμισε τα τεχνολογικά κενά στον τομέα της τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων e-μεταλλικών δοκών της Κίνας, επιτρέποντας στην Κίνα να φτάσει σε ένα νέο ύψος στην τεχνολογία υψηλής-μετάλλου 3D εκτύπωσης. δοκίμασε επιτυχώς την παραγωγή της μεγαλύτερης μεμονωμένης μηχανής τρισδιάστατης εκτύπωσης εκείνη την εποχή χρησιμοποιώντας το Το 2018, το Aditive Manufacturing Center of Kunming University of Technology δοκίμασε με επιτυχία-παρήγαγε το μεγαλύτερο ενιαίο σύνθετο εξάρτημα από κράμα τιτανίου που σχηματιζόταν από τη διαδικασία SLM εκείνη την εποχή, το οποίο απέδειξε πλήρως την εξαιρετική ικανότητα της Κίνας στην έξοχη δεξιοτεχνία και την στιβαρή τεχνοτροπία titanium3D τεχνολογίας. 2020, η Ακαδημία Διαστημικής Τεχνολογίας της Κίνας (CAST) ολοκλήρωσε με επιτυχία το πρώτο πείραμα "3D εκτύπωση στο διάστημα", το οποίο είναι επίσης το πρώτο πείραμα τρισδιάστατης εκτύπωσης στον κόσμο με σύνθετα υλικά συνεχούς-ενισχυμένης με ίνες, σηματοδοτώντας το πρώτο πείραμα τρισδιάστατης εκτύπωσης της Κίνας στον τομέα της αεροδιαστημικής τεχνολογίας. Το 2020, η Ακαδημία Διαστημικής Τεχνολογίας της Κίνας ολοκλήρωσε με επιτυχία το πρώτο πείραμα «3D εκτύπωση στο διάστημα», το οποίο είναι επίσης η πρώτη στον κόσμο τρισδιάστατη εκτύπωση σύνθετων υλικών συνεχών{41}ενισχυμένων με ίνες, σηματοδοτώντας μια σημαντική ανακάλυψη στην εφαρμογή της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης στον τομέα της αεροδιαστημικής και παρέχοντας νέα τεχνολογικά μέσα για τη μελλοντική ανάπτυξη του διαστήματος.
2.2 Κατάσταση ανάπτυξης εξοπλισμού σύνθετων υλικών
Η εφαρμογή των σύνθετων υλικών στο σημερινό πεδίο της επιστήμης και της τεχνολογίας λέγεται ότι είναι εκτεταμένη και σε βάθος{{0}, και τα μοναδικά πλεονεκτήματα απόδοσης το καθιστούν απαραίτητο βασικό υλικό σε πολλές βιομηχανίες. Στον τομέα της αεροδιαστημικής, τα σύνθετα υλικά έχουν βιώσει μια σημαντική μεταμόρφωση από την πρώιμη-μη φέρουσα-δομή στη σημερινή κύρια δομή-φόρτωσης. Στην κατασκευή πτερυγίων και ατράκτων, για παράδειγμα, η εφαρμογή σύνθετων υλικών όχι μόνο μείωσε δραματικά το βάρος των αεροσκαφών, αλλά και βελτίωσε σημαντικά τη δομική αντοχή και αντοχή τους. Στον τομέα της αμυντικής βιομηχανίας, τα σύνθετα υλικά παίζουν επίσης ζωτικό ρόλο. Τα ελαφριά τεθωρακισμένα οχήματα, τα αεροσκάφη stealth, οι πύραυλοι και οι πύραυλοι και άλλος εξοπλισμός χρησιμοποιούνται ευρέως σε σύνθετα υλικά, χάρη στην υψηλή αντοχή, τη χαμηλή πυκνότητα, την καλή απόδοση stealth και άλλα χαρακτηριστικά, μπορούν να βελτιώσουν αποτελεσματικά την αποτελεσματικότητα μάχης και την επιβίωση του εξοπλισμού. Στα νέα ενεργειακά οχήματα, την αποθήκευση ενέργειας, τα φωτοβολταϊκά και άλλα αναδυόμενα πεδία, τα σύνθετα υλικά έχουν επίσης δείξει μεγάλες δυνατότητες εφαρμογής. Στην κατασκευή οχημάτων νέας ενέργειας, σύνθετα υλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν στο αμάξωμα, στο κέλυφος της μπαταρίας και σε άλλα μέρη της κατασκευής, συμβάλλοντας στη μείωση του βάρους του οχήματος, στη βελτίωση της αυτονομίας, ενώ ενισχύουν την ασφάλεια και την άνεση του οχήματος. Με την ταχεία ανάπτυξη αυτών των πεδίων, η ζήτηση της αγοράς για σύνθετα υλικά θα συνεχίσει να αυξάνεται, παρέχοντας ένα ευρύ χώρο για την ανάπτυξη σύνθετου εξοπλισμού τρισδιάστατης εκτύπωσης.
3. 3Πανόραμα αλυσίδας εξοπλισμού D Printing Composites Industry
3.1 Κλίμακα αγοράς
3.1.1 Παγκόσμια ανάλυση μεγέθους αγοράς τρισδιάστατης εκτύπωσης
Σύμφωνα με τα στοιχεία της έκθεσης "Metal AM" που δημοσίευσε η VoxelMatters, μια βρετανική εταιρεία που επικεντρώνεται στην έρευνα της παγκόσμιας βιομηχανίας τρισδιάστατων εκτυπώσεων, η παγκόσμια κλίμακα της αγοράς τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων το 2022 ήταν περίπου 2,861 δισεκατομμύρια δολάρια, εκ των οποίων η κλίμακα αγοράς υλικού, υλικών και υπηρεσιών ήταν 1,476 δισεκατομμύρια δολάρια, 398 εκατομμύρια δολάρια αντιπροσωπεύουν αντίστοιχα, 98 εκατομμύρια δολάρια έτος-σε-ετήσια αύξηση 26%. Η παγκόσμια αγορά τρισδιάστατων εκτυπώσεων μετάλλων αναμένεται να ξεπεράσει τα 40 δισεκατομμύρια δολάρια έως το 2032, αυξάνοντας με CAGR 30,3% την περίοδο 2022-2032. Η έκθεση προσδιορίζει επίσης δέκα κορυφαίες εταιρείες στον παγκόσμιο χώρο τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων, και συγκεκριμένα EOS, SLM Solutions, 3D Systems, Desktop Metal, GE Additive, BLT, Velo3D, DMG Mori, TRUMPF και HBD, οι οποίες διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη και την επέκταση στην αγορά της παγκόσμιας τεχνολογίας 3D εκτύπωσης μετάλλων. και επέκταση της αγοράς.
3.1.2 Ανάλυση κλίμακας αγοράς τρισδιάστατης εκτύπωσης Κίνας
Στην Κίνα, η αγορά της τρισδιάστατης εκτύπωσης παρουσιάζει έντονη ζωτικότητα και οι πέντε κορυφαίες εταιρείες όσον αφορά το μερίδιο αγοράς είναι οι Luen Thai, Stratasys, EOS, GE και 3D Systems κατά τη σειρά του μεριδίου αγοράς, καμία από τις οποίες δεν ξεπερνά το 20%, γεγονός που αντανακλά τη σχετικά χαμηλή συγκέντρωση στον κλάδο και τον έντονο ανταγωνισμό στην αγορά και ταυτόχρονα σηματοδοτεί την τεράστια δυνατότητα ανάπτυξης της βιομηχανίας. Τα τελευταία χρόνια, οι κατασκευαστικές επιχειρήσεις της Κίνας υιοθετούν ενεργά την τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης για να αντικαταστήσουν ή να βελτιστοποιήσουν τις αρχικές διαδικασίες παραγωγής τους, ενισχύοντας έτσι την ευφυΐα της παραγωγής τους και ικανοποιώντας την επείγουσα ζήτηση της κυβέρνησης για μετασχηματισμό και αναβάθμιση των κινεζικών προϊόντων παραγωγής. Όσον αφορά την κλίμακα της αγοράς, η κλίμακα της βιομηχανίας τρισδιάστατων εκτυπώσεων της Κίνας έχει δείξει μια τάση σταθερής ανάπτυξης χρόνο με το χρόνο και ο ρυθμός ανάπτυξής της είναι ελαφρώς ταχύτερος από τον συνολικό παγκόσμιο ρυθμό ανάπτυξης, γεγονός που κάνει τη βιομηχανία 3D της Κίνας να αντιπροσωπεύει το ποσοστό του κόσμου που συνεχίζει να αυξάνεται.
Επί του παρόντος, η κλίμακα της βιομηχανίας τρισδιάστατων εκτυπωτών της Κίνας αυξάνεται χρόνο με το χρόνο και ο ρυθμός αύξησης είναι ελαφρώς ταχύτερος από τον συνολικό παγκόσμιο ρυθμό ανάπτυξης, έτσι ώστε το ποσοστό της βιομηχανίας 3D της Κίνας στον κόσμο αυξάνεται. Κοιτάζοντας το μέλλον, υπό την ταχεία ανάπτυξη της αεροπορίας, της αυτοκινητοβιομηχανίας, του ιατρικού εξοπλισμού και άλλων βιομηχανιών, η ζήτηση στην αγορά τρισδιάστατων εκτυπωτών είναι τεράστια και το μέγεθος της αγοράς θα δείξει μια τάση ταχείας επέκτασης.
3.2 3Εξοπλισμός εκτύπωσης D
3.2.1 FDM/FFF
Η τεχνολογία FDM (Fused Deposition Molding), ως ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης, βασίζεται στην αρχή ότι τα νηματώδη υλικά θερμαίνονται και τήκονται και στη συνέχεια εξωθούνται και στοιβάζονται στρώμα προς στρώμα από το ακροφύσιο σύμφωνα με μια ελεγχόμενη διαδρομή από υπολογιστή. Αυτή η τεχνολογία έχει γίνει μια από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης στην αγορά σε αυτό το στάδιο με τα πλεονεκτήματα του χαμηλού κόστους εξοπλισμού και υλικών εκτύπωσης, της απλής διαδικασίας προετοιμασίας και της καταλληλότητας για εκτύπωση σε ένα ευρύ φάσμα υλικών και έχει αποδείξει την εξαιρετική αξία εφαρμογής της σε πολλούς τομείς.
Ο σύνθετος εκτυπωτής Stratasys F370®CR FDM® είναι ένας εμβληματικός εκτυπωτής 3D υψηλής απόδοσης. Υποστηρίζει την εκτύπωση μιας ευρείας γκάμας σύνθετων υλικών υψηλής-αντοχής και υλικών μηχανικής-ποιότητας, όπως ABS-CF10 και FDM Nylon-CF10, τα οποία χρησιμοποιούνται για την παραγωγή εξαρτημάτων που υπερέχουν σε αντοχή και ανθεκτικότητα. Ο εκτυπωτής διαθέτει λειτουργία μεταβλητής πυκνότητας εξαρτήματος, η οποία μπορεί να προσαρμόσει ευέλικτα τη δομική πυκνότητα στο εσωτερικό του εξαρτήματος σύμφωνα με τις διαφορετικές απαιτήσεις χρήσης του εξαρτήματος, έτσι ώστε να βελτιστοποιηθεί η χρήση των υλικών και να μειωθεί η σπατάλη υλικού υπό την προϋπόθεση της εγγύησης της απόδοσης του εξαρτήματος. Ο μεγάλος χώρος κατασκευής του (355 mm x 254 mm x 355 mm) καθιστά δυνατή την εκτύπωση μεγάλων εξαρτημάτων για την παραγωγή εξαρτημάτων, εξαρτημάτων και εργαλείων κατασκευής υψηλής{15} αντοχής. Επιπλέον, το μηχάνημα έχει τη δυνατότητα διασύνδεσης με συστήματα εκτέλεσης κατασκευής για ψηφιακή διαχείριση και παρακολούθηση της παραγωγικής διαδικασίας, βελτιώνοντας την παραγωγικότητα και την ακρίβεια διαχείρισης.
Οι εκτυπωτές Mark Two και FX20 της Markforged έχουν σχεδιαστεί για συνεχή πολυμερή-ενισχυμένα με ίνες άνθρακα, ένα χαρακτηριστικό σχεδιασμού που τους δίνει σημαντικό πλεονέκτημα σε τομείς όπου η αντοχή και το ελαφρύ βάρος είναι κρίσιμα. Οι εκτυπωτές είναι ικανοί να εκτυπώνουν σε ένα ευρύ φάσμα υλικών, συμπεριλαμβανομένων θερμοπλαστικών, νάιλον και συνεχών ινών άνθρακα, και με την εκτύπωση σε συνδυασμό αυτών των υλικών, είναι δυνατό να αξιοποιηθούν πλήρως οι ιδιότητες των διαφορετικών υλικών για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης του εξαρτήματος. Για παράδειγμα, στον αεροδιαστημικό τομέα της κατασκευής ορισμένων εξαρτημάτων, η χρήση του εκτυπωτή μπορεί να εξασφαλίσει τη δομική αντοχή των εξαρτημάτων ταυτόχρονα, να μειώσει σημαντικά το βάρος τους, να βελτιώσει την απόδοση καυσίμου και την απόδοση του αεροσκάφους. Στον τομέα των ρομπότ υπηρεσιών, αυτοί οι εκτυπωτές έχουν επίσης ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών και μπορούν να κατασκευάσουν ελαφριά, υψηλής-αντοχής δομικά στοιχεία για ρομπότ, να μειώσουν το συνολικό βάρος του ρομπότ, να βελτιώσουν την απόδοση κίνησης και την ενεργειακή του απόδοση, ώστε να επιτευχθούν οι διπλοί στόχοι μείωσης κόστους και βελτίωσης απόδοσης. Markforged series με διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης λέιζερ με νάιλον σκόνη, κατάλληλη για την αεροδιαστημική βιομηχανία. Διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης λέιζερ, κατάλληλη για την αεροδιαστημική, την αυτοκινητοβιομηχανία, την ιατρική και άλλους τομείς.
Τα ρομποτικά συστήματα της Arevo Labs και της 9T Labs αντιπροσωπεύουν καινοτόμες εφαρμογές της τεχνολογίας FDM για την κατασκευή πολύπλοκων γεωμετριών. Αυτά τα συστήματα χρησιμοποιούν ρομποτική έξι-αξόνων για την αποτελεσματική εκτύπωση κοντών-σύνθετων ινών και σύνθετων υλικών CF/PA12 και για την κατασκευή σύνθετων γεωμετριών σε καμπύλες επιφάνειες. Για παράδειγμα, το ρομποτικό σύστημα που αναπτύχθηκε από την Arevo Labs για την εκτύπωση σύνθετων υλικών PEEK/CF αξιοποιεί την ευελιξία και τον έλεγχο υψηλής ακρίβειας κίνησης ενός ρομπότ έξι-αξόνων για την ακριβή τοποθέτηση υλικού εκτύπωσης σε σύνθετους τρισδιάστατους χώρους για να καταστεί δυνατή η κατασκευή εξαρτημάτων με περίπλοκες καμπύλες επιφάνειες και εσωτερικές δομές. Αυτή η τεχνολογία ξεπερνά τους περιορισμούς του παραδοσιακού εξοπλισμού τρισδιάστατης εκτύπωσης στην κατασκευή γεωμετρικών σχημάτων, παρέχοντας μια ολοκαίνουργια λύση για την κατασκευή ορισμένων ειδικών εξαρτημάτων στην αεροδιαστημική, την αυτοκινητοβιομηχανία και άλλους τομείς. υψηλές-απαιτήσεις απόδοσης, όπως στην κατασκευή αερο{{14}λεπίδων κινητήρα, πλήμνες τροχών αυτοκινήτου και άλλων εξαρτημάτων.
Η διαδικασία CF3D™ της Continuous Composites είναι μια επαναστατική τεχνολογία συνεχούς εκτύπωσης 3D με ίνες. Αυτή η μοναδική διαδικασία εξαλείφει την ανάγκη για ακριβά καλούπια ή φούρνους, μειώνοντας σημαντικά το κόστος παραγωγής και την πολυπλοκότητα του εξοπλισμού χρησιμοποιώντας βιομηχανικά ρομπότ για εκτύπωση σε ξηρές ίνες και εμποτίζοντας τες με ρητίνη in-στον τόπο. Η τεχνολογία μπορεί να εφαρμοστεί στην κατασκευή συνεχών ινών υψηλής απόδοσης, όπως ινών άνθρακα για αεροδιαστημική Για παράδειγμα, στην κατασκευή δομικών εξαρτημάτων στην αεροδιαστημική βιομηχανία, η διαδικασία CF3D™ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ελαφρών εξαρτημάτων{10}υψηλής αντοχής, όπως πτερυγίων και σκελετών ατράκτου, τα οποία μπορούν να ικανοποιήσουν τις αυστηρές απαιτήσεις για υψηλή απόδοση και ελαφριά εξαρτήματα στην αεροδιαστημική βιομηχανία.
Εκτός από τον παραπάνω εξοπλισμό, υπάρχουν πολλοί άλλοι εξοπλισμός τεχνολογίας FDM που παίζουν σημαντικό ρόλο στους αντίστοιχους τομείς τους. Για παράδειγμα, ο εκτυπωτής Ultimaker+ 3D μπορεί να εκτυπώνει με σύνθετα υλικά που περιέχουν σωματίδια νιτριδίου του πυριτίου, τα οποία έχουν υψηλή σκληρότητα και αντοχή στη φθορά και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή εξαρτημάτων με υψηλές απαιτήσεις αντοχής στη φθορά, όπως εξαρτήματα ανθεκτικά στη φθορά σε βιομηχανικά μηχανήματα, καλούπια κ.λπ. Ο Zmorph {{4}D printer ως εξαρτήματα ανθεκτικά στη θερμότητα-. Οι εκτυπωτές Zmorph 2.0 3D, από την άλλη πλευρά, χρησιμοποιούν κεραμικές πάστες για την εκτύπωση εξαρτημάτων με ειδικές κεραμικές ιδιότητες, όπως κεραμικά εξαρτήματα ανθεκτικά σε υψηλές-θερμοκρασίες και διάβρωση-, τα οποία έχουν πιθανές εφαρμογές στη χημική και ηλεκτρονική βιομηχανία. Αυτές οι συσκευές συχνά συνδυάζονται με{11}λογισμικό ανοιχτού κώδικα (όπως το Blender και το Ultimaker Cura) για το σχεδιασμό και την εκτύπωση μοντέλων. Η εφαρμογή λογισμικού{13}ανοιχτού κώδικα επιτρέπει στους χρήστες να είναι πιο ευέλικτοι στις ρυθμίσεις παραμέτρων εκτύπωσης και στο σχεδιασμό μοντέλων, γεγονός που μειώνει το όριο χρήσης και προωθεί την ευρεία εφαρμογή και την καινοτόμο ανάπτυξη της τεχνολογίας FDM.
3.2.2 SLA
Η τεχνολογία Light{0}}curing molding (SLA) είναι μια τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης υψηλής τα μετατρέπει γρήγορα από υγρή σε στερεή κατάσταση και στη συνέχεια στοιβάζονται το ένα πάνω από ένα άλλο στρώμα-στρώμα σύμφωνα με τη σχεδιαζόμενη διαδρομή, σχηματίζοντας τελικά τα επιθυμητά τρισδιάστατα-προϊόντα.
Η τεχνολογία SLA έχει πολύ υψηλή ακρίβεια και μπορεί να παράγει εξαρτήματα με εξαιρετικά υψηλή διαστατική ακρίβεια και ποιότητα λείας επιφάνειας και έχει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών σε τομείς που απαιτούν πολύ υψηλή ακρίβεια, όπως κοσμήματα, καλούπια ακριβείας, ιατρικό εξοπλισμό και άλλες βιομηχανίες. Στην κατασκευή κοσμημάτων, η τεχνολογία SLA μπορεί να εκτυπώσει με ακρίβεια πολύπλοκα και εξαίσια μοντέλα κοσμημάτων για επακόλουθη χύτευση ή επεξεργασία για να παρέχει ακριβή δείγματα, τα οποία μπορούν να συντομεύσουν σημαντικά τον κύκλο σχεδίασης και παραγωγής κοσμήματος, βελτιώνοντας παράλληλα την ποιότητα του προϊόντος και την ελευθερία σχεδιασμού. Όσον αφορά την κατασκευή καλουπιών ακριβείας, η τεχνολογία SLA μπορεί να παράγει πυρήνες και κοιλότητες καλουπιού υψηλής ακρίβειας για να διασφαλίσει την ακρίβεια διαστάσεων και την ποιότητα της επιφάνειας του καλουπιού, βελτιώνοντας έτσι την ποιότητα και τη συνοχή των χυτευμένων προϊόντων με έγχυση. Για την κατασκευή ιατρικών συσκευών, όπως οδοντικές προθέσεις, κελύφη ακουστικών βαρηκοΐας και άλλες μικρές ιατρικές συσκευές, η τεχνολογία SLA μπορεί να παράγει προϊόντα που ταιριάζουν στην ανθρώπινη φυσιολογική δομή με υψηλή ακρίβεια, βελτιώνοντας τη χρήση των ιατρικών συσκευών και την άνεση.
Ωστόσο, η τεχνολογία SLA έχει επίσης ορισμένους περιορισμούς. Επί του παρόντος, οι τύποι μήτρας πολυμερούς ρητίνης που είναι κατάλληλοι για φωτοπολυμερισμό είναι σχετικά περιορισμένοι, γεγονός που περιορίζει σε κάποιο βαθμό την εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας στον τομέα των διαφορετικών απαιτήσεων απόδοσης υλικού. Λόγω του περιορισμού του τύπου της μήτρας ρητίνης, ενδέχεται να μην είναι σε θέση να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις ορισμένων ειδικών εξαρτημάτων σχετικά με τις μηχανικές ιδιότητες του υλικού, την αντοχή στη θερμότητα, τη χημική σταθερότητα και άλλες πτυχές. Επιπλέον, όταν προστίθεται ενίσχυση κοντών ινών κατά τη διαδικασία εκτύπωσης, είναι πιθανό να προκύψουν προβλήματα καθίζησης ινών, τα οποία μπορεί να οδηγήσουν σε ανομοιόμορφη εσωτερική δομή του σύνθετου υλικού, επηρεάζοντας τη συνέπεια της απόδοσης και τη σταθερότητα της ποιότητας των εκτυπωμένων μερών. Προκειμένου να ξεπεραστούν αυτοί οι περιορισμοί, οι ερευνητές διερευνούν συνεχώς νέα υλικά φωτοευαίσθητης ρητίνης και τεχνολογίες ενίσχυσης ινών για να επεκτείνουν το πεδίο εφαρμογής της τεχνολογίας SLA και να βελτιώσουν την ποιότητα εκτύπωσης.
3.2.3 LDM/DIW
Τεχνολογία Direct Ink Writing (DIW): Αυτή είναι μια τεχνολογία εξώθησης που χρησιμοποιείται για την κατασκευή τρισδιάστατων εκτυπωμένων εξαρτημάτων από κεραμικά, μέταλλα και άλλα λεπτά υλικά. Ο εξοπλισμός DIW είναι προσιτός και κατάλληλος για γρήγορη δημιουργία πρωτοτύπων από σχεδιαστές. Η τεχνολογία Direct Ink Writing (DIW), γνωστή και ως Liquid Deposition Molding (LDM), είναι μια μοναδική τεχνολογία εξώθησης για τρισδιάστατη εκτύπωση.
Οι πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται στην τεχνολογία LDM/DIW είναι σύνθετα υλικά με τη μορφή διαλυμάτων, πάστες ή υδρογέλες με ορισμένο βαθμό ρευστότητας, τα οποία σκληρύνονται και μορφοποιούνται με μετα{0}}θέρμανση, σκλήρυνση με υπεριώδη ακτινοβολία (UV) ή με προσθήκη ενεργών συστατικών.
Ένα σημαντικό πλεονέκτημα αυτής της διαδικασίας είναι η δυνατότητα παραγωγής εξαρτημάτων με λειτουργικές και δομικές διαβαθμίσεις. Σε ορισμένα ειδικά σενάρια εφαρμογής, όπως η κατασκευή τεχνητών αρμών στο βιοϊατρικό πεδίο και η κατασκευή λειτουργικών συσκευών ντεγκραντέ υλικών στο ηλεκτρονικό πεδίο, απαιτούνται εξαρτήματα με διαφορετική σύνθεση υλικού ή κλίσεις απόδοσης για να πληρούν τις λειτουργικές απαιτήσεις διαφορετικών τμημάτων. Η τεχνολογία LDM/DIW μπορεί να ελέγχει με ακρίβεια την ποσότητα εξώθησης και την αναλογία μελανιών υλικού κατά τη διάρκεια της διαφορετικής διαδικασίας εκτύπωσης. Ωστόσο, δεν πρέπει να προστίθενται ίνες με μεγάλους λόγους διαστάσεων και υψηλή περιεκτικότητα για να αποφευχθεί η απόφραξη της κεφαλής εκτύπωσης κατά τη διαδικασία εκτύπωσης.
3.2.4 SLS/SLM
Η επιλεκτική πυροσυσσωμάτωση λέιζερ (SLS), είναι μια μέθοδος τρισδιάστατης εκτύπωσης που χρησιμοποιεί τη θερμότητα που παράγεται από ένα λέιζερ για την επιλεκτική σύντηξη σκονών. Χρησιμοποιώντας ένα μείγμα πολυμερούς μήτρας και ενισχυτικών ινών της σκόνης, έτσι ώστε το λέιζερ σύμφωνα με το τρισδιάστατο μοντέλο του σχήματος διατομής της σκόνης σε μια συγκεκριμένη περιοχή της θέρμανσης, το σημείο τήξης της σχετικά χαμηλής τήξης της σκόνης πολυμερούς, η μήτρα και η συγκόλληση του οπλισμού να επιτύχει τα συστατικά του σύνθετου. Η υψηλότερη ακρίβεια επιφάνειας, η εύκολη αφαίρεση των δομών στήριξης και η ανακύκλωση υλικών είναι τα πλεονεκτήματα της χύτευσης SLS. Ωστόσο, το πρόβλημα αυτής της μεθόδου είναι ότι η πυκνότητα των δύο υλικών στη μικτή σκόνη είναι συνήθως διαφορετική, γεγονός που είναι επιρρεπές σε φαινόμενο καθίζησης και κάνει τη σύνθεση του προϊόντος να μην είναι ομοιόμορφη. Επιπλέον, το SLS έχει αυστηρές απαιτήσεις για το μέγεθος των σωματιδίων της πρώτης ύλης, επομένως η γενική χρήση κοντών ινών μήκους 20-250 μm και οι μηχανικές ιδιότητες του σύνθετου υλικού έχουν περιορισμένη βελτίωση.
4 Μελλοντική ανάπτυξη
Η τεχνολογική ανάπτυξη οδηγεί τη βιομηχανία σύνθετων υλικών να εισάγει νέες ευκαιρίες στην αγορά των αεροπορικών μεταφορών. Οι υπηρεσίες καμπίνας αεροναυτιλίας εντός πόλεων (αγορά AAM) που χρησιμοποιούν όλα τα-ηλεκτρικά αεροσκάφη eVTOL με εμβέλεια περίπου 150 km απαιτούν σύνθετα εξαρτήματα υψηλής απόδοσης, στα οποία η τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης θα διαδραματίσει βασικό ρόλο. Μολονότι ελάχιστες εταιρείες χρηματοδοτούνται επί του παρόντος επαρκώς{{7}, οι δυνατότητες της αγοράς είναι τεράστιες, με χιλιάδες αεροπορικές καμπίνες να αναμένεται να λειτουργήσουν έως το 2030, δημιουργώντας χώρο στην αγορά για τρισδιάστατα εκτυπωμένα σύνθετα εργαλεία.
Τα σύνθετα υλικά διαδραματίζουν επίσης σημαντικό ρόλο στην κατασκευή μεγάλων αεροσκαφών, για παράδειγμα, το αεροσκάφος C919 χρησιμοποιεί εκτενώς μια ποικιλία σύνθετων υλικών, συμπεριλαμβανομένων σκληρυμένων υλικών με βάση την εποξική ρητίνη-με βάση το T800{3}}υψηλής ποιότητας-σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα, fiberglassb5}σύνθετα υλικά από ίνες άνθρακα, fiberglassb5}composites σύνθετα πτερύγια ανεμιστήρα και σύνθετα εξαρτήματα τουρμπίνας με βάση κεραμικά-. Αυτές οι εφαρμογές έχουν βελτιώσει την απόδοση των αεροσκαφών και έχουν δείξει τη σημασία των σύνθετων υλικών στην κατασκευή μεγάλων αεροσκαφών. Καθώς η τεχνολογία αναπτύσσεται και οι απαιτήσεις για απόδοση, ακρίβεια και αξιοπιστία των σύνθετων εξαρτημάτων αυξάνονται, η τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης παρέχει μια αποτελεσματική, υψηλής ποιότητας λύση.
Η πρόοδος της τεχνολογίας της τρισδιάστατης εκτύπωσης έχει προωθήσει την εφαρμογή της στον τομέα των σύνθετων υλικών. Η έρευνα και η ανάπτυξη νέων υλικών έχει εμπλουτίσει τους τύπους των σύνθετων υλικών τρισδιάστατης εκτύπωσης και έχει βελτιώσει την απόδοσή τους. η βελτίωση των διαδικασιών εκτύπωσης, όπως η εκτύπωση με θέρμανση με μικροκύματα και η τρισδιάστατη εκτύπωση{3}}με τη βοήθεια υπερήχων, έχει βελτιώσει την ταχύτητα και την ποιότητα εκτύπωσης των προϊόντων. και η καινοτομία της τεχνολογίας ακροφυσίων, όπως τα ακροφύσια πολλαπλών-και υψηλής-ακρίβειας, έχει βελτιώσει την ακρίβεια και την πολυπλοκότητα των προϊόντων. Η ωριμότητα της τεχνολογίας και η επέκταση της κλίμακας της αγοράς μείωσαν το κόστος του εξοπλισμού τρισδιάστατης εκτύπωσης και περισσότερες επιχειρήσεις και ερευνητικά ιδρύματα μπορούν να αντέξουν οικονομικά το κόστος του σύνθετου εξοπλισμού τρισδιάστατης εκτύπωσης, που προωθεί την ευρεία εφαρμογή του.
Ο εξοπλισμός σύνθετων υλικών τρισδιάστατης εκτύπωσης δείχνει τη μοναδική και ισχυρή γοητεία και αξία του στο πλαίσιο της ταχείας τεχνολογικής ανάπτυξης. Η αλυσίδα της βιομηχανίας καλύπτει από την προσεκτική επιλογή και προμήθεια πρώτων υλών στο ανάντη, μέχρι την κατασκευή και τη βελτιστοποίηση βασικού υλικού, βοηθητικού εξοπλισμού λειτουργίας και διαφόρων τύπων εξοπλισμού τρισδιάστατης εκτύπωσης στο μέσο, έως την ευρεία εφαρμογή σε πολλούς τομείς όπως η αεροδιαστημική, η αυτοκινητοβιομηχανία, η ιατρική και η καταναλωτική ηλεκτρονική.
Στον τομέα των εφαρμογών, ο σύνθετος εξοπλισμός τρισδιάστατης εκτύπωσης έχει διαδραματίσει αναντικατάστατο ρόλο σε πολλούς τομείς κατασκευής υψηλών προδιαγραφών. Στον τομέα της αεροδιαστημικής, βοηθά το αεροσκάφος να αποκτήσει ελαφρύ και υψηλές επιδόσεις. στον τομέα της αυτοκινητοβιομηχανίας, προωθεί την ανάπτυξη των αυτοκινήτων προς την κατεύθυνση της εξατομίκευσης και της ευφυΐας. στον τομέα της ιατρικής θεραπείας, παρέχει ισχυρή υποστήριξη για εξατομικευμένη και ακριβή ιατρική θεραπεία.
Ωστόσο, ο εξοπλισμός σύνθετων υλικών τρισδιάστατης εκτύπωσης σε τεχνικό επίπεδο εξακολουθεί να αντιμετωπίζει προκλήσεις όπως η βελτίωση της απόδοσης του υλικού, η απόδοση εκτύπωσης και η βελτίωση των προτύπων ποιότητας. Το υψηλό κόστος περιορίζει επίσης τη δημοτικότητά του. Επιπλέον, η έλλειψη διεπιστημονικών επαγγελματιών περιορίζει επίσης την ανάπτυξη του κλάδου. Στο μέλλον, η καινοτομία υλικών, η ενσωμάτωση τεχνολογίας και η επέκταση εφαρμογών θα είναι η κύρια κατεύθυνση ανάπτυξης. Η έρευνα και η ανάπτυξη νέων σύνθετων υλικών θα επεκτείνει τους τομείς εφαρμογής και η τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης θα ενσωματωθεί με την τεχνητή νοημοσύνη, τα μεγάλα δεδομένα, το Διαδίκτυο των πραγμάτων και άλλες τεχνολογίες για τη βελτίωση της ποιότητας και της αποτελεσματικότητας εκτύπωσης. Ταυτόχρονα, η τρισδιάστατη εκτύπωση θα επεκτείνει την εφαρμογή της στους τομείς των κατασκευών, της ενέργειας, του πολιτισμού και της δημιουργικότητας και θα προωθήσει την καινοτομία και την ανάπτυξη συναφών βιομηχανιών.
Πηγή: "China Composites Industry Association"