SAMPE × ANISOPRINT 阿奈索三维带您领略材料科学的魅力 探索复合材料行业发展新机遇

近日，阿奈索三维作为展商参加了为期4天的SAMPE2024年会，阿奈索三维通过产品展示、互动等丰富多彩的展现形式吸引参展观众留驻展台，进行深度洽谈，共谋复合材料行业发展新机遇！

展会期间，SAMPE中国2024年会开展了“大咖带您逛展会”的访谈栏目，李宏运（中航复合材料有限公司科技委常务部主任、首席技术）就阿奈索三维的创新产品、技术介绍，从新市场、新业务以及所面临的挑战层面与阿奈索三维进行了分析探讨。

阿奈索三维作为复合材料连续纤维3D打印的开拓者，将继续带你领略纤维材料的魅力，并探讨复合材料的优势，以及阿奈索三维在连续纤维技术上的创新。

在材料科学的广阔天地里，纤维材料以其独特的物理和化学性质，占据了举足轻重的地位。从古老的丝绸到“黑色黄金”碳纤维，纤维材料不只丰富了我们的生活，更推动了科技的飞速发展。

01 纤维材料：从自然到合成

纤维，顾名思义，是一种细长的、线状或丝状物质。根据其来源，纤维大致可分为天然纤维和合成纤维两大类。天然纤维如羊毛、棉花、亚麻等，自古便与人类生活息息相关。而合成纤维，如涤纶、尼龙等，则是现代科技的结晶，它们具有更好的耐用性和功能性。

在众多合成纤维中，碳纤维以其轻质高强、高温耐性等特性，成为航空航天、高性能汽车等领域的宠儿。碳纤维的制造过程复杂而精细，它通过将含碳的有机原料在高温下进行炭化，形成了一种具有极高强度和刚性的材料。同样，玻璃纤维和玄武岩纤维也因其独特的性能，在建筑、船舶制造等行业发挥着重要作用。

02 复合材料的崛起

复合材料，顾名思义，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观尺度上组成的具有新性能的材料。在复合材料中，纤维常常作为增强材料，与树脂等基质材料结合，形成高强度、高刚性的结构。

碳纤维增强塑料（CFRP）、玻璃纤维增强塑料（GFRP）等复合材料，以其轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳等特性，在航空航天、汽车、体育器材等领域得到了应用。它们不只能够满足结构强度的要求，还能降低重量，提高整体性能。

03 连续纤维技术的革新

阿奈索三维在连续纤维技术方面取得了重大突破，通过熔融浸渍法、溶液浸渍法、粉末浸渍法等多种方法，成功实现了连续纤维的制备。这些技术不只提高了纤维的质量和性能，还降低了生产成本，为复合材料的应用提供了有力支持。

其中，阿奈索三维的共挤式连续纤维打印技术和双头式连续纤维打印技术通过精确控制纤维的排列和分布，实现了复合材料结构的定制化设计，为航空航天、汽车等制造业提供了更加灵活的生产方式。

连续纤维、短切纤维有什么区别？

连续纤维是指由人造或者天然高分子制成的，长度基本上无限制的纤维，常用于加强复合材料，如碳纤维、玻璃纤维等，在航空航天等领域有较广应用。短切纤维则是短小的纤维，常用于橡胶、塑料等材料的增强，提高强度和刚度。常用于航空航天、体育器材及汽车行业中。短切纤维是指长度较短的纤维，它们通常是通过剪切或研磨长纤维而来。这些纤维的长度通常在几百微米到几厘米之间，它们常常被用在各种材料的增强中，包括橡胶、塑料、纸张、混凝土等。

短切纤维和连续纤维都属于复合材料，它们的共同目标是提高与塑料结合的整体强度，但因为填充材料和打印方式的不同，得到的零部件在性能上却有很大的不同。阿奈索三维采用的连续纤维丝预浸润制备的复合碳纤维材料。

短切纤维是将短长度的纤维切成小于一毫米的片段，并混入传统的热塑性塑料中形成所谓的填充塑料。但是在实践中使用短切纤维填充打印的零件，有时甚至比未被填充的零件表现出更低的机械性能。

连续纤维是将连续纤维束涂覆在固化剂中，然后放到通过辅助打印喷嘴挤出的热塑性基质中。

短切纤维和连续纤维之间的主要区别在于，短切纤维填充的复合材料不会提高强度。只能提高刚度。与短切纤维相比，连续碳纤维的抗拉强度非常高，甚至能与金属相比。连续纤维允许创建各向异性部分，用户可以在打印零件时操纵纤维获得所需方向，比金属结构更坚固更牢靠、生产成本更低、重量更轻、参数调控更灵活。

常见纤维增强材料的种类

●碳纤维：一种含碳量很高的高强度、高模量纤维的新型纤维材料，其质量比金属铝轻，但是强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀，高模量的特性。

●玄武岩纤维：属于 “全能型”纤维，有着较好的综合品质，既耐酸又耐碱，既耐低温又耐高温，既绝热、绝电又隔音，以及在恶劣环境中使用的适应性、抗老化性等优异的综合性能。

●玻璃纤维：一种坚固，具有成本效益的增强材料，并且具有一定的柔韧性。它提高了零件强度，使其高于塑料，是增强印刷的良好起点。

●凯夫拉纤维：凯夫拉纤维：具有高韧性和强抗冲击性，弯曲而不断裂，适合冲击载荷和高冲击。

纤维增强材料是指把纤维编织成片状，包裹成棒状，或者借助基体材料将其成型为定制的成型形状，以将纤维硬化成较好的形状。高强度、轻量化的材料：阿奈索三维连续碳纤维（CCF），纤维体积分数高达60%，其抗拉强度是2200MPA，其强度是铝合金的2倍，重量只有其1/2。

干纤维、预浸料纤维特征和区别

在制备复合材料时，干纤维和预浸料纤维是两种主要方式。干纤维是未经树脂浸透的纤维束，灵活性高，但需与树脂结合。预浸料纤维则是已浸透树脂的纤维，质量稳定，处理简便。因此预浸料纤维通常能够提供更高的复合材料质量。

04 阿奈索三维的CFC技术介绍

阿奈索三维的CFC（Composites Fiber Co-extrusion）技术，即复合材料连续纤维共挤技术，是一项变革性的3D打印技术。这项技术通过结合热塑性树脂和纤维材料（如碳纤维、玄武岩纤维等）的预浸润，加上双头打印的共挤技术可以在3D打印过程中实现连续纤维的增强，从而制造出具有高强度、轻重量和复杂结构的新型复合材料部件。

在阿奈索三维的CFC技术中，预浸润纤维与塑料通过共挤的方式被挤出。预浸润纤维是通过其独有的纤维丝预浸润技术处理的，这种技术可以在极低孔隙率的前提下保持增强纤维表面的均匀与光滑，从而保证了3D打印件的强度且易于控制。同时，线材的直径只为0.35mm，抗拉强度达到2200MPa，这使得打印出的部件具有优异的机械性能。

此外，CFC技术还可以在多种基体树脂材料中实现连续纤维增强，同时开放了材料体系，极大丰富了使用场景。由于CFC技术带来的灵活的纤维体积分数，阿奈索三维的产品可以3D打印出多种形状的点阵结构连续纤维填充，在大幅降低了制造成本与制造时间的同时，保持结构强度的均衡分布。

05 碳纤维复合材料的优势

碳纤维复合材料作为一种高性能材料，具有以下优势：

高强度、高模量：碳纤维复合材料具有拉伸强度高、模量大的特点，其比强度和比模量远高于传统金属材料，同时质量更轻，韧度更高。

耐高低温性能好：碳纤维复合材料具有优异的耐高低温性能，能在极端温度环境下保持稳定的性能。

耐腐蚀、抗老化：碳纤维复合材料能够抵抗酸、碱、盐、部分有机溶剂等腐蚀性物质的侵蚀，具有较好的耐水性和抗老化性，因此使用寿命长。

尺寸稳定性好：碳纤维复合材料的线膨胀系数沿纤维轴向具有负的温度效应，即随温度的升高有收缩的趋势，因此尺寸稳定性好。

耐疲劳性好：碳纤维复合材料在反复加载和卸载的情况下仍能保持较好的性能。

06 应用前景

采用阿奈索三维的连续纤维技术制备的复合材料，具有更高的强度、更好的耐久性和更低的成本。这些优势使得复合材料在航空航天、汽车、制造等领域的应用更加广，未来也希望为我国制造业的转型升级提供新型解决方案。

案例1 立方体卫星框架：碳纤维太空小卫星

加强方案：自定义拓扑优化

塑料填充：PEEK

纤维材料：碳纤维预浸润PEEK

重量：200.6克

承受5G 重力加速度

承受大量的太阳辐射、极度的温度波动

在温度范围为±150°C的开放太 空环境中运行

案例2 飞机座椅支架

铝合金材料强度的两倍  密度却只有其一半

各向异性的材料发挥较好

加强方案：自定义拓扑优化

塑料填充：PA

纤维材料：碳纤维浸润PA

重量：250克

案例3 机器人高强度，轻量化

“机械狗”续航时间与运动能耗相关，而其运动所需的动能又与质量密切相关。“机械腿”部运用复合 材料3D打印技术，可以使整体减重约70%, 制造成本降低约40%。

不只是“机械狗”，所有种类的移动式遥控装置机器人都需要更轻、更快、更经济的工业制造部件

加强方案：自定义拓扑优化

塑料填充：PA

纤维材料：预浸润碳纤维（热固）

阿奈索三维对连续纤维3D打印技术的长达十年的探索和钻研，研发出的碳纤维复合材料、玄武岩纤维复合材料在性能、耐久性和成本效益上均达到了行业较好的水平，为航空航天、汽车、制造等众多领域带来了变革性的变革。

这些复合材料的应用，不只提升了产品质量和性能，也推动了整个产业链的升级和发展，所制备的复合材料以其较好的性能和成本效益，正成为新质生产力的杰出展示，有力地推动着我国制造业的转型升级。

我们相信，随着技术的不断创新和市场的认可，连续纤维复合材料将在更多领域展现其无尽潜力，成为推动我国乃至全球制造业迈向更高峰值的强大动力。我们坚信，这种新质生产力将持续激发产业活力，助力人类社会的持续进步与发展。