創(chuàng)新思路：向3D打印零件內(nèi)部注入連續(xù)碳纖維，大幅提高強(qiáng)度，Reinforce3D專訪

△視頻：南極熊在德國(guó)專訪西班牙創(chuàng)業(yè)公司Reinforce3D

南極熊在2025德國(guó)formnext展會(huì)上發(fā)現(xiàn)了一家很有特色的創(chuàng)業(yè)公司Reinforce3D，來(lái)自西班牙，開發(fā)和商業(yè)化連續(xù)纖維注射工藝 (CFIP) 技術(shù)。CFIP 是一種新的后處理技術(shù)，通過(guò)使用碳纖維等連續(xù)纖維對(duì) 3D 打印部件進(jìn)行加固，可大幅提高其機(jī)械性能和輕量化性能。

△凡是有內(nèi)部空腔結(jié)構(gòu)的物件，都可以注入連續(xù)碳纖維來(lái)增強(qiáng)

連續(xù)纖維注射工藝CFIP工作原理

1.纖維選擇與準(zhǔn)備
在進(jìn)行CFIP之前，首先需要選擇合適的連續(xù)纖維材料。這些纖維可以是碳纖維、玻璃纖維或芳綸纖維等高強(qiáng)度材料，具體選擇取決于最終應(yīng)用的需求。纖維通常以卷軸形式提供，并在加工前進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，如清潔和涂覆界面劑，以確保纖維材料能與基體材料良好結(jié)合。

2.纖維注入過(guò)程
CFIP的核心在于其獨(dú)特的纖維注入機(jī)制。將選定的連續(xù)纖維通過(guò)特制的注射裝置精確地注入到已經(jīng)成型但尚未完全固化的零件內(nèi)部或表面，纖維沿著預(yù)先設(shè)計(jì)的路徑被鋪設(shè)。在這一過(guò)程中，工程師可以根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的要求來(lái)優(yōu)化纖維的方向和分布，從而最大化零件的性能。

3.纖維與基體材料的整合
在纖維注入的同時(shí)，還需要考慮如何使纖維與零件的基礎(chǔ)材料（即基體）緊密結(jié)合。對(duì)于熱塑性塑料制成的零件，可以通過(guò)加熱基體材料至軟化狀態(tài)，使得纖維能夠順利插入并固定在其內(nèi)部。而對(duì)于熱固性樹脂，則可能需要使用特定的化學(xué)試劑或者紫外線照射等方式加速固化過(guò)程，確保纖維與基體形成堅(jiān)固的整體。

4.后續(xù)處理
完成纖維注入之后，零件通常需要經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的固化或硬化處理。這一階段的目標(biāo)是確保所有組件都能達(dá)到所需的物理和化學(xué)性質(zhì)。此外，還可能包括去除多余的材料、打磨表面以及進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)等步驟。

△優(yōu)勢(shì)

技術(shù)優(yōu)勢(shì)
●自由的纖維路徑：允許將纖維按照復(fù)雜的路徑放置在各個(gè)方向（也可以在打印層之間）。

●適用于多種材料：可以增強(qiáng)由任何現(xiàn)有 AM 技術(shù)和材料制成的零件，包括塑料、金屬和陶瓷。

●可實(shí)現(xiàn)整體連接：能夠?qū)⒉煌牟考w連接在一起，并且部件之間具有纖維連續(xù)性，從而實(shí)現(xiàn)超高的連接性能。

●能制造大型結(jié)構(gòu)：高效制造大型、多材料和多工藝結(jié)構(gòu)。

三個(gè)主要特點(diǎn)使得 CFIP 成為一項(xiàng)顛覆性技術(shù)：

• 突破性概念：雖然所有其他現(xiàn)有的 CFRAM 技術(shù)都是基于在 AM 過(guò)程中增強(qiáng)部件，但 CFIP 是第一種基于在 AM 過(guò)程中增強(qiáng)部件的技術(shù)。與傳統(tǒng)的短纖維塑料注射相比，CFIP 從兩個(gè)方面打破了這一概念：它注射連續(xù)纖維而不是短纖維，并且將它們注射到最終部件內(nèi)部而不是模具中，換句話說(shuō)，最終部件充當(dāng)模具。CFIP 是一種完全無(wú)模具的技術(shù)。
• 顯著改善：與塑料部件和市場(chǎng)上主流 CFRAM 技術(shù)的對(duì)比表明，CFIP 能夠分別將機(jī)械性能提高 20 倍和 50% 以上。
• 支持技術(shù)：CFIP 實(shí)現(xiàn)了以前無(wú)法實(shí)現(xiàn)的新功能，例如能夠在所有方向（包括打印層之間）放置纖維，能夠加固金屬或陶瓷部件，或者將由不同材料和不同工藝制成的不同部件整體連接在一起。

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