高性能聚合物复合材料的3D打印（3Dfy）技术

来自波兰科学院的研究人员将要开展一项名为“高性能聚合物复合材料的3D打印（3Dfy）”的项目，该项目旨在提出一种创新的打印工艺，即采用UD热塑性预浸料带作为原料进行复合材料3D打印。该方法的竞争优势在于原料材料的低成本和高质量性能，以及材料的多样性和对最终用户的开放性。

长期以来，连续纤维增强聚合物的3D打印一直是增材制造领域内的一个技术挑战。这也间接导致了一个高度竞争的格局存在，包括来自开发链各个环节的参与者，从大学到研究中心再到工业上。这些挑战者包括中小企业深层技术创新的初创公司和大公司。

3Dfy 项目在西班牙赫罗纳大学有一个初始的 2019-2021 RDI 阶段，由加泰罗尼亚商业竞争力机构ACCIó的欧盟MSCA共同基金TECNIOspring+计划提供支持，目前这一项目仍在波兰基础技术研究所继续开展。同时，该项目还获得了波兰科学院的2022-2024年欧盟MSCA共同基金PASIFIC计划的支持。

在最初的项目中，3Dfy提出了一种用于连续纤维增强的高性能热塑性聚合物（如PEI、PES、PEEK、PEKK）的新型熔融长丝制造3D打印技术。其新颖之处在于将工业化的自动纤维放置复合材料制造工艺中的预浸渍复合材料带作为原料（而不是预浸渍的长丝）。

3D打印连续纤维增强聚合物主要针对轻质和高热力学性能（刚度、强度、断裂韧性、耐温、耐湿、耐辐射、耐化学制剂）的应用场景，能够在恶劣的负载和环境条件下运行，用于航空航天、汽车、生物机械（例如，工具/刀具、功能原型、复杂的支架、外壳和镶板、热发动机部件、复杂的管道主体和连接器、CubeSats、无人机/无人机主体、小型风力涡轮机叶片、机器人部件、体育用品和假肢植入物等行业。

研究人员主持的这项3Dfy项目旨在为高性能复合材料及其应用开发一种创新的3D打印加工方法，并证明其可行性。该项目考虑了几个方面，如连续纤维加固（如碳、玻璃），其本身就为复合材料提供了卓越的机械性能（如刚度、强度）；以及高性能热塑性基体（如PEEK、PEKK、PEI、PPS），其为3D打印的复合材料提供了卓越的热机械性能（如热、化学、辐射、环境、磨损、抗压、断裂韧性）。

与目前处理类似聚合物打印问题的最先进技术相比，3Dfy项目的创新之处在于提出了一种能够处理新原料类型的新型挤出头，以及复合材料3D打印的新方法和技术。市场上可用的具有矩形截面的预浸渍复合材料带被用作原料，而不是内部专有的具有圆形截面的预浸渍长丝（如目前同一细分市场上的其他竞争者所做的）。

3Dfy项目的核心内容涉及以下几个方面：

（a） 用于复合3D打印机的多相（聚合物基体和增强纤维）原料；

（b） 原料的复合3D打印加工技术；

（c） 输出的3D打印复合材料的性能。

因此，3Dfy项目涵盖了多学科、多物理学和多尺度的内容，包括材料科学和技术（增强纤维和聚合物基体成分、它们的兼容性、聚合物基体配方、根据加工方法需要的添加剂和改性剂）；原料材料开发；工艺技术；产品（复合3D打印挤出头）开发；数字化制造、自动化和控制；复合材料设计、分析和物理测试；虚拟建模和仿真；工艺和产品验证。此外，该项目建立在之前的RDI基础上，旨在继续最初的RDI，提高TRL并将技术推进到市场。

审核编辑 ：李倩