復合材料是除鋁之外最重要的航空、航天材料。復合材料一般指由兩種或兩種以上異質、異型、異性材料（一種作為基體，其他作為增強體）復合而成的具有特殊 功能和結構的新型材料。先進的復合材料具有高比剛度、 高比強度、性能可設計、抗疲勞性和耐腐蝕性等優點，越來越廣泛地應用于各類航空航天飛行器，大大地促進了飛行器的輕量化、高性能化、結構功能一體化。

       先進的復合材料在航空航天領域的應用始于軍用飛機，是為滿足其對高機動性、超音速巡航及隱身等要求而不惜成本開始采用的。近年來，由于結構輕量化的要求，民用飛機在復合材料用量方面也呈現增長的趨勢。例如，1970年客機的復合材料為零，如今，波音夢幻客機是80％的復合材料。

       復合材料的應用仍在進步，而增材制造-3D打印正在加速這一進步。在這個領域用到的其中一種3D打印技術是基于材料擠出工藝的FDM/FFF 3D打印技術。該技術的復合材料（例如碳纖維增強）制造應用可分為兩類，一類是快速制造復合材料成型工藝中所需的模具組件；另一類是無需模具直接制造樹脂基纖維增強零部件。

         本期，將分享一個3D打印復材模具快速制造案例。在案例中，國內一家飛機復材研究所通過INTAMSYS 遠鑄智能高性能材料FDM/FFF 3D打印技術實現了復材模具的快速制造，通過這類模具所獲得的復材制件表面質量、尺寸精度等方面達到和金屬模制件非常相近的品質。

 不懼高溫的挑戰

        在行業發展的趨勢下，國內一家飛機復材研究所，也在不斷嘗試和探索新技術、新工藝，他們的主要業務為開發飛機上復材零件制造的工藝，主要應用于蒙皮、機翼、雷達罩、垂尾天線罩、平尾和方向舵內蜂窩等機身結構。

復合材料中高端應用領域的成型工藝大致可分為：模壓、RTM、熱壓罐以及真空灌注成型工藝。這四類工藝各有優缺點，可滿足不同的下游市場對復合材料制品的需求。例如，熱壓罐工藝可得到表面與內部質量高、形狀復雜的復合材料制件，但能耗較高，適合生產航空航天用的復合材料零部件。

在該飛機復材研究所復合材料成型工藝流程中一個不可或缺的環節即模具的定制和應用。原有的復材模具外協流程用時較長，平均需要4-7周才能交付，如果遇到尺寸較大或者異型結構的零件時，則需更久，另外成本也會顯著增加。這一現狀在很大程度上制約了飛機開發過程中對復材零件的設計迭代效率，于是工藝研究人員將目光投向增材制造-3D打印領域尋找解決方案。

經過對金屬3D打印與高性能聚合物3D打印兩種技術成本、工藝流程、性能方面的綜合分析之后，最終選擇通過FDM/FFF 3D打印來快速制造熱壓罐工藝成型模具組件。

© 遠鑄智能

由于飛機制造所需的復合材料性能較高，需要接近200℃的溫度來使鋪設完成的預浸料固化成型，這對于FDM/FFF 3D打印設備與制造復材模具所需的3D打印材料提出了挑戰。復材研究所最終確定與遠鑄智能合作，通過其高溫高性能FDM/FFF 3D打印設備來開展應用。

FUNMAT PRO 610HT 3D打印的ULTEM™1010模具組件
© 遠鑄智能

FUNMAT PRO 610HT 作為遠鑄智能FUNMAT系列線中的高端工業級大尺寸FDM 3D打印設備，有著先進的熱設計（雙噴頭溫度最高500℃，腔室溫度最高300℃），以及豐富的打印材料選擇并兼具高精度的運動控制系統設計，能夠高質量打印ULTEM™1010、PEEK-CF等大模量、耐高溫材料，十分適合快速復材模具的應用，克服了普通工程塑料軟化變形的問題。

模具內部由網格疏松填充，由PEEK-CF打印成本方面，模具內部使用了網格疏松填充，在保證必要的模具剛度的條件下，不僅節省了打印時間，更有效降低了材料消耗，將復材模具的成本平均壓低了27%。

© 遠鑄智能

       用FUNMAT PRO 610HT 設備打印出高性能材料ULTEM™1010/PEEK-CF的模具組件可以滿足熱壓罐 (溫度180℃，壓強 6Bar)的工況，可以反復利用在復材鋪層模具當中，為復材制件研究和生產帶來了便利與益處。同時，工業級設備的運動和熱場控制，將復材模具的制件精度控制在了1.5mm以內，充分滿足了航空工業的苛刻要求。

       通過遠鑄智能3D打印ULTEM™1010/PEEK-CF模具所制造的復材零件，在制件的表面質量、尺寸精度等方面達到和金屬模制件非常相近的品質，超出了原先的預期。時間方面，由于整套制件流程的內置，各個工藝環節都有了比較清晰的把控，目前制成的幾十件制件平均用時1.5周，這個時間也包含了對打印件的后處理，大大節省了時間成本。

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