碳纤维复合材料 也将可3D打印制造

夜隼008
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日前,美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)外宣布成功开发出可3D打印的航空级碳纤维复合材料,为在航空领域应用这种更好控制和更易优化的轻质、高强度材料奠定了基础。

2月28日,该研究成果在《Nature Scientific Reports》上发表,凸显出碳纤维微挤出3D打印技术发展的重大进步。碳纤维复合油墨从定制的直接油墨书写(DIW)3D打印机中挤出,最终构成火箭喷嘴的一部分。

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LLNL实验室首席研究员、论文的第一作者Jim Lewicki解释,碳纤维复合材料通常以两种方式制造:通过将纤维物理地缠绕在心轴周围,或者将纤维编织成像柳条筐一样,导致成品限于平坦或圆柱形形状。由于性能问题,制造商还是倾向于过度使用材料,这样会使得部件更重,也更昂贵,并且超出必需而且更浪费。研究人员通过改进直接墨水书写3D打印机的打印过程,打印出了几个复杂的3D结构。Lewicki和他的团队还开发并获得了一种新的化学品,可以在几秒钟而不是几个小时内固化材料,并利用实验室的高性能计算能力发展了碳纤维丝流动的精确模型。

3D打印的能力为碳纤维提供了新的自由空间,研究人员表示,他们还能控制部件的微观结构。该材料也具有传导性,允许在结构内布设定向传热通道。研究人员透露,最终的材料可以用于制造高性能的飞机机翼,一侧绝缘、不需要在空间旋转的卫星组件,还有可以从身体吸收热量的可穿戴物。研究人员接下来将开始进行过程优化,找出放置碳纤维最佳位置以便最大限度提高性能。研究人员还与商业、航空航天和防务合作伙伴进行了探讨,以推进该技术的未来发展和应用。

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