2020 官网升级中!现在您访问官网的浏览器设备分辨率宽度低于1280px
请使用高分辨率宽度访问。

华曙高科助力南理工碳纤维增强PEEK增材制造工艺研究获重要成果

发布时间:2024.01.03

分享到:

近期,在国家自然科学基金(52305382)支持下,南京理工大学智能制造学院汤海斌课题组,基于华曙高科开源、超高温高分子增材制造设备UT252P,自主研发的碳纤维增强PEEK(CF/PEEK)复合材料SLS制备工艺研究项目,取得重要成果。

相关成果以论文《Effect of fabrication process on the microstructure and mechanical performance of carbon fiber reinforced PEEK composites via selective laser sintering》为题,发表于国际著名期刊《Composites Science and Technology 246 (2024) 110396》(影响因子9.1,https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2023.110396),署名作者为Shuxiang Zhang, Haibin Tang, Danna Tang, Tingting Liu, Wenhe Liao。

课题组在国际期刊上发表的论文

此项研究成果表明:

采用选择性激光烧结(SLS)技术打印碳纤维增强PEEK(CF/PEEK)复合材料,生产具有优异机械性能的高分子部件,是一项非常有前景的技术。

为了进一步提高采用SLS技术打印CF/PEEK复合材料的性能,汤海斌课题组开发了CF/PEEK复合粉末材料,并开发出不同的打印工艺参数,研究了激光功率、层厚、铺粉速度、碳纤维重量分数、微观结构下的碳纤维长度、铺粉方向对制件的机械性能的影响。研究成果表明:在采用0.08 mm层厚的工艺参数下,破坏强度高达117 MPa。

此外,研究表明:15%的碳纤维重量分数适合SLS技术打印CF/PEEK复合材料,最大破坏强度优于碳纤维重量分数为10%的打印结果,平均弹性模量达到8400 MPa,是已发表论文中最好的。研究还发现破坏强度与铺粉速度是不相关的,使用长度较长的碳纤维时取得的强度更高。与破坏强度的明显变化趋势不同,SLS-CF/PEEK的弹性模量敏感性要小得多。

UT252P解决高熔点材料成形难题

华曙高科UT252P于2023年9月正式面市,目前已实现多台销售装机。对于科研型用户而言,可成形材料种类、工艺参数的丰富性和开放性、关键参数的实时监控、设备开机成本及稳定性等都是其科研应用中需要重点考虑的因素。

汤海斌教授表示:“科研与其他行业不同,我们需要进行反复测试,通过不断调整和优化烧结参数,以获得最佳效果,并测试材料的耐热性、强度及韧度等,华曙UT252P系统开源,给予了我们很大便利。同时,UT252P设备具备烧结350℃熔点材料的能力,具有良好的稳定性与易操作性,也为CF/PEEK复合材料工艺的开发提供了重要保障。”

南京理工大学智能制造学院内的华曙高科UT252P设备

烧结超高温尼龙材料对3D打印设备的温场控制要求极高,目前,全球能成熟烧结超高温尼龙材料的3D打印设备屈指可数。华曙高科UT252P设备采用自主研发的8区温控技术,温场均匀性优异,有利于表面质量及性能控制;UT252P采用滚筒铺粉,对粉末流动性要求低,适应材料更广泛,不仅降低材料研发难度,还能降低翘曲概率,提高打印质量和成功率。

碳纤维增强PEEK复合材料应用前景广阔

纯PEEK本身是一种特殊的工程塑料,具有抗辐射、自润滑、耐高温、耐磨损、抗疲劳等特点,经过碳纤维增强的CF/PEEK材料性能比纯PEEK材料在诸多方面都有提升,其应用前景广阔:

航空航天:CF/PEEK材料具有低密度及良好的加工性等优势,适合高标准航空航天部件;
电子电器:在高温、高压和高湿度等恶劣环境下能保持良好的电绝缘性,且不易变形;
汽车:密度小、性能良好、工艺方便,适合轻量化汽车部件;
医疗:具备良好生物相容性、高强度和射线可透过性,可用于制造骨科植入物,脊柱融合器、椎体间融合装置和骨固定板等。

未来,华曙高科将携手更多高校科研用户,发挥增材制造技术优势,合力推进新材料、新工艺、新应用的创新探索,为我国科研事业添砖加瓦。