3D打印新型管路，改变复合材料的加工方式

（文章来源：中关村在线）

轻质复合材料的生产在航空航天、汽车和国防等领域有很高的要求，在这些领域，减轻重量且保证强度和耐用性是完成任务的关键因素。但是，这是一个非常耗时且昂贵的过程。

ExOne是一家总部位于美国的增材制造公司，专门从事金属和砂子粘合剂喷射的3D打印领域研究。目前ExOne已开发出一种替代方案，使制造复杂的碳纤维或玻璃纤维增强零件成为可能，从而免于使用构建复杂几何形状且成本高昂的工具。这意味着不需要溶剂、放气工具或用凿子等辅助方式方法。

该技术是一种冲刷工艺，使用坚固但可溶解的3D打印二氧化硅或陶瓷砂芯。根据特定的强度要求，在复合铺层之前3D打印水溶性喷涂剂或Te，以留下没有孔隙的表面，然后在表面上通过织物或叠加的方式增添复合材料。固化后，可溶的支撑材料便容易用自来水冲洗掉，留下空心的复合材料部件。而且溶解的介质也可以回收并重新用于以后的3D打印。

ExOne首席技术官里克·卢卡斯（Rick Lucas）说：“这是一段时间以来我们一直在努力，这是我们要瞄准并追求的市场。我们有在复合材料行业工作过的工程师，了解人们对复合材料制造业现状的更深层次需求。”

自2013年以来，ExOne工程师首次发现他们可以将二氧化硅或陶瓷砂粒与180°C水溶性的溶剂粘合，而难点集中在涂覆步骤和运用粘合剂喷射3D打印来优化材料。卢卡斯解释说：“我们通常使用的陶瓷砂是多孔的。因此，如果您只是将复合材料铺在上面，并在压力和加热条件下进行高压灭菌，然后将其固化；那么树脂将渗入复合材料中，而不再被洗掉。因此，我们必须在上面涂一层涂层以防止这种情况发生。在过去的一年左右的时间里，我们一直在花很多时间来改进涂层的方法和工艺，并确保为客户提供了很好的涂层选择。”

现在，这种方法用于制造碳纤维和玻璃纤维增强的复合材料，包括飞机风管、压力罐、护罩、支柱和心轴，尤其是对于以前不适合通过传统的技术进行制造的设计。例如，一家为重型直升机提供风管的公司REC，使用ExOne的冲洗工具在两架CH-35K直升机上为风管创建了芯轴，并将这些直升机成功交付给美国海军陆战队进行演示。

ExOne还试图应对传统高压灭菌工艺中遇到的另一个常见挑战——热膨胀及对零件几何形状的影响。通过冲洗工艺，可以通过更换粉末来控制膨胀并最大程度地减少变形。例如，硅砂的高热膨胀系数可能适用于某些材料，但在其他需要较低热膨胀系数的情况下，陶瓷砂可能是更合适的选择。

目前，该技术主要在美国通过ExOne的采用中心按需提供。但该公司表示，希望在不久的将来将这些功能扩展到欧洲，并可能随着需求的增长与合作伙伴合作。ExOne还在努力通过下一代版本进一步完善粘合剂方案，将提供更高的强度、更精细的分辨率和更高的温度性能。
（责任编辑：fqj）