華曙高科助力南理工碳纖維增強(qiáng)PEEK增材制造工藝研究獲重要成果

來(lái)源：華曙高科

近期，在國(guó)家自然科學(xué)基金(52305382) 支持下，南京理工大學(xué)智能制造學(xué)院湯海斌課題組，基于華曙高科開(kāi)源、超高溫高分子增材制造設(shè)備UT252P，自主研發(fā)的碳纖維增強(qiáng)PEEK（CF/PEEK）復(fù)合材料SLS制備工藝研究項(xiàng)目，取得重要成果。

相關(guān)成果以論文《Effect of fabrication process on the microstructure and mechanical performance of carbon fiber reinforced PEEK composites via selective laser sintering》為題，發(fā)表于國(guó)際著名期刊《Composites Science and Technology 246 (2024) 110396》（影響因子9.1，https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2023.110396），署名作者為Shuxiang Zhang, Haibin Tang, Danna Tang, Tingting Liu, Wenhe Liao。

△課題組在國(guó)際期刊上發(fā)表的論文

此項(xiàng)研究成果表明：

采用選擇性激光燒結(jié)（SLS）技術(shù)打印碳纖維增強(qiáng)PEEK（CF/PEEK）復(fù)合材料，生產(chǎn)具有優(yōu)異機(jī)械性能的高分子部件，是一項(xiàng)非常有前景的技術(shù)。

為了進(jìn)一步提高采用SLS技術(shù)打印CF/PEEK復(fù)合材料的性能，湯海斌課題組開(kāi)發(fā)了CF/PEEK復(fù)合粉末材料，并開(kāi)發(fā)出不同的打印工藝參數(shù)，研究了激光功率、層厚、鋪粉速度、碳纖維重量分?jǐn)?shù)、微觀結(jié)構(gòu)下的碳纖維長(zhǎng)度、鋪粉方向?qū)χ萍�的機(jī)械性能的影響。研究成果表明：在采用0.08 mm層厚的工藝參數(shù)下，破壞強(qiáng)度高達(dá)117 MPa。

此外，研究表明：15%的碳纖維重量分?jǐn)?shù)適合SLS技術(shù)打印CF/PEEK復(fù)合材料，最大破壞強(qiáng)度優(yōu)于碳纖維重量分?jǐn)?shù)為10%的打印結(jié)果，平均彈性模量達(dá)到8400 MPa，是已發(fā)表論文中最好的。研究還發(fā)現(xiàn)破壞強(qiáng)度與鋪粉速度是不相關(guān)的，使用長(zhǎng)度較長(zhǎng)的碳纖維時(shí)取得的強(qiáng)度更高。與破壞強(qiáng)度的明顯變化趨勢(shì)不同，SLS-CF/PEEK的彈性模量敏感性要小得多。

UT252P解決高熔點(diǎn)材料成形難題

華曙高科UT252P于2023年9月正式面市，目前已實(shí)現(xiàn)多臺(tái)銷(xiāo)售裝機(jī)。對(duì)于科研型用戶(hù)而言，可成形材料種類(lèi)、工藝參數(shù)的豐富性和開(kāi)放性、關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、設(shè)備開(kāi)機(jī)成本及穩(wěn)定性等都是其科研應(yīng)用中需要重點(diǎn)考慮的因素。

湯海斌教授表示：“科研與其他行業(yè)不同，我們需要進(jìn)行反復(fù)測(cè)試，通過(guò)不斷調(diào)整和優(yōu)化燒結(jié)參數(shù)，以獲得最佳效果，并測(cè)試材料的耐熱性、強(qiáng)度及韌度等，華曙UT252P系統(tǒng)開(kāi)源，給予了我們很大便利。同時(shí)，UT252P設(shè)備具備燒結(jié)350℃熔點(diǎn)材料的能力，具有良好的穩(wěn)定性與易操作性，也為CF/PEEK復(fù)合材料工藝的開(kāi)發(fā)提供了重要保障�！�

△南京理工大學(xué)智能制造學(xué)院內(nèi)的華曙高科UT252P設(shè)備

燒結(jié)超高溫尼龍材料對(duì)3D打印設(shè)備的溫場(chǎng)控制要求極高，目前，全球能成熟燒結(jié)超高溫尼龍材料的3D打印設(shè)備屈指可數(shù)。華曙高科UT252P設(shè)備采用自主研發(fā)的8區(qū)溫控技術(shù)，溫場(chǎng)均勻性?xún)?yōu)異，有利于表面質(zhì)量及性能控制；UT252P采用滾筒鋪粉，對(duì)粉末流動(dòng)性要求低，適應(yīng)材料更廣泛，不僅降低材料研發(fā)難度，還能降低翹曲概率，提高打印質(zhì)量和成功率。

碳纖維增強(qiáng)PEEK復(fù)合材料應(yīng)用前景廣闊

純PEEK本身是一種特殊的工程塑料，具有抗輻射、自潤(rùn)滑、耐高溫、耐磨損、抗疲勞等特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)碳纖維增強(qiáng)的CF/PEEK材料性能比純PEEK材料在諸多方面都有提升，其應(yīng)用前景廣闊：

航空航天：CF/PEEK材料具有低密度及良好的加工性等優(yōu)勢(shì)，適合高標(biāo)準(zhǔn)航空航天部件；

電子電器：在高溫、高壓和高濕度等惡劣環(huán)境下能保持良好的電絕緣性，且不易變形；

汽車(chē)：密度小、性能良好、工藝方便，適合輕量化汽車(chē)部件；

醫(yī)療：具備良好生物相容性、高強(qiáng)度和射線(xiàn)可透過(guò)性，可用于制造骨科植入物，脊柱融合器、椎體間融合裝置和骨固定板等。

未來(lái)，華曙高科將攜手更多高�？蒲杏脩�(hù)，發(fā)揮增材制造技術(shù)優(yōu)勢(shì)，合力推進(jìn)新材料、新工藝、新應(yīng)用的創(chuàng)新探索，為我國(guó)科研事業(yè)添磚加瓦。