AFPALM：3D打印与轻质复杂结构加工的碰撞！

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AFPALM：3D打印与轻质复杂结构加工的碰撞！

几年来，科学家们为了研发生产轻质复杂结构系统也是绞尽脑汁。他们已经开发了几种用于加工轻质复合结构的方法，最常用的两种是自动纤维放置（AFP）和自动条带铺设（ATL）。这两种技术比较适用于大型的几何复杂结构，与手动沉积相比，它们的生产率和再现性较高，比较适合航空航天工业。然而，这两种工艺在复杂的面或双曲面上，会出现间隙，，从而降低复合结构的机械性能。传统的解决方案是层层叠放，但这会加重成品的质量，也会相应地增加成本。
 

在一篇名为《新工艺：自动光纤放置（AFP）和增材制造（ALM）》的新论文中，作者认为将3D打印与AFP相结合可以避免这些问题。那究竟什么是AFPALM呢？
 

“标准的挤出头通常以1/800到1/200的宽度同时铺设8层、16层、24层或32层，”研究人员解释道。“热塑性或热固性单向（UD）-预浸料（Prepregs）工艺通常用于现代高性能复合材料的自动化生产。”预浸料是增强织物条带，内含树脂和定量的固化剂。
 
“自动纤维放置的难点在于，需要铺设具有特定纤维取向的预浸料，使之不产生间隙或重叠，”研究人员继续说道。“成功的秘诀取决于参数，例如模具的几何形状、带宽和纤维取向。预浸料必须与力流平行放置，以表现出最佳的性能。”

 
在平坦表面上，预浸料通常可以零间隙重叠放置。然而，复杂的几何件一般都会有间隙或者重叠，并且会降低部件的机械性能，导致不必要的重量增加和材料消耗。
 
研究人员提出，将3D打印与AFP相结合，在不增加额外重量的情况下填补空隙。他们加工了三个样品：一个没有间隙的层压板，一个带有间隙的层压板，以及一个3D打印的单向碳纤维增强塑料（CFRP-UD）填充间隙的层压板。

层压结构的显微镜图像：（a）无间隙的层压板; （b）有间隙的层压板; （c）打印CFRP-UD的层压板。

 
研究人员表示，与没有间隙的层压板相比，带间隙的层压板的拉伸强度、层间剪切强度和弯曲强度降低了约13％。“因此，打印CFRP-UD的层压板的拉伸强度约为 2％，层间剪切强度约为4％，弯曲强度比没有间隙的层压板少1％。”而且CRFP-UD不会增加太多的重量。
 
“通过结合3D打印和AFP技术，复合材料部件可用更均匀的方式制造，使部件生产更快、更轻，性价比更高。”相关工作人员表示。