科创中国

行业领域

高端装备制造产业

需求背景

先进制造业决定着国家综合竞争力，对推动工业转型升级、转变经济发展方式具有战略意义。3D 打印是实现“增材制造”的主要形式，世界多个国家都把 3D 打印作为先进制造的重要研究内容。

在国内外智能制造的发展背景下，利用3D打印技术，通过模型设计、模型处理、工艺控制、打印成型一体化处理过程，从而达到“增材制造”工业应用的目的。金属材料 3D 打印在工业领域用途较广，而非金属材料的 3D 打印也在得到逐步发展，如高分子聚合物、光敏树脂、聚乳酸等，材料特性直接决定成型产品的强度、刚度等力学性能。为克服现有技术由于材料本身的性能及成型工艺的问题，非金属材料3D打印还主要停留在非功能性零件和产品原型的设计验证上，无法在工业领域进行3D打印直接应用等问题。为解決现有技术问题，碳纤维长纤复合材料 3D 打印的成型工艺及其打印系统的研究是急需解決的问题。

需解决的主要技术难题

1、通过对基于 FDM 原理的 3D 打印技术的分析，将碳纤维复合材料与 3D 打印技术相结合，提出碳纤维长纤 3D 打印成型的工艺方法。并对成型工艺进行分析，得出碳纤维长纤 3D 打印成型关键技术点。对碳纤维长纤 3D 打印多工艺参数之间的关系匹配进行分析研究，探索各主要成型工艺参数之间对打印成型的影响；

2、对挤料喷头装置的研究，先对成型线材进行分析，获得挤料装置设计要求，对挤料喷头装置进行功能区划分，开展挤料装置的结构设计与驱动分析。完成喷头加热与散热系统的设计与研究，通过仿真分析喷头结构的温度场分布与达到热平衡状态时喷头温度，指导装置结构的优化设计，结合实验，以实现导热散热良好条件下热分布效果，满足喷头对温度加热的要求；

3、对剪切系统的研究，针对复杂三维模型成型路径跳转处理的需求，经过方案比较得到满足需求的剪切处理方式，并研究成型系统与剪切系统的协调关系，完成对剪切机构与控制系统的设计研究。通过仿真分析并结合实验，验证基于 FDM 原理的碳纤维长纤复合材料 3D 打印成型远端剪切方法的可行性，以及能够完成对复杂模型的打印成型；

4、碳纤维长纤 3D 打印系统的实验研究，介绍系统整体控制框架以及模型处理软件与参数设置方法。通过研发设计碳纤维长纤 3D 打印设备，完成碳纤维长纤 3D 打印的成型实验与样件性能测试分析。

期望实现的主要技术目标

1、所开发的碳纤维长纤复合材料3D打印的成型工艺及打印系统，实现了导热散热良好条件下的热分布效果，满足了系统对喷头温度的要求；

2、基于 FDM 原理的碳纤维长纤复合材料 3D 打印成型远端剪切方法的可行性，并能够完成对复杂模型的打印成型；

3、对碳纤维长纤 3D 打印成型与力学性能测试，通过实验数据分析，碳纤维长纤复合材料 3D 打印成型具有较好的力学性能，弯曲强度是 PLA 材料的两倍，拉伸强度达到三倍。

需求解析

解析单位：重庆市永川区 解析时间：2022-12-02

夏文汇

重庆西南大学

教授

综合评价

技术需求清晰，首先，通过描述，在DLP 投影技术应用于下曝光浸没式系统，其优势在于：不需要液面刮平装置，系统结构相对简单；固化层受底面约束，可以限制材料变形，保证更好的成型质量；成型过程中材料需求量小，节约成本。不足在于模型在固化过程中受到自身重力以及脱离底面拉力影响，无法实现脆弱结构或大尺寸成型。采用喷墨技术的光固化成型系统，这些技术市面上已经可以达到，可以直接使用现实的技术。其他方面需求通过推荐行业专家来进行解决。 其次，该需求没有明确企业是想购买需求还是想要合作购买产品，此方面没有明确，我给出的建议是让企业购买专家技术咨询，这样让公司的工作人员结合专家的指示来做比较节省成本，大概需要十五万元左右。 最后，该需求要实现的目的还是非常好的，可以有效的节省成本，对比传统工艺技术，提升了质量和性能，带来的各方进步可以促使产品带来更好的升级，进一步增加营收，带来经济税收的进一步发展，有益于社会。

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