3D打印的自行車架,凸顯新型連續纖維制造工藝的獨特性
BMX自行車的車架由六軸機械手臂構建而成,并充分利用了CFM工藝能夠控制纖維定位的能力
意大利的新興公司Moi Composites現在正在采用米蘭工業大學+LAB實驗室開發的創新型連續纖維制造(簡稱“CFM”)工藝來提供3D 打印服務。
這一獲獎的連續纖維技術(曾獲2017 JEC創新獎,并入圍2017 James Dyson獎決賽圈)是在+LAB實驗室的Atropos項目中誕生的,米蘭工業大學團隊于2015年為其申請了專利。
目前該技術已成為Moi Composites公司發展的基石。
于2018年2月正式成立的Moi Composites公司被認為是+LAB學術成果的自然進化,該新興公司將為小批量、訂制化和高性能項目提供共設計和生產服務。
利用CFM技術,Moi Composites公司能夠3D打印出高性能的熱固性復合材料部件。
Moi Composites公司強調,作為一項生產服務,該公司不僅將與客戶合作生產原型部件,還將生產合格的最終用途產品。這種能力得益于CFM工藝能夠將熱固性復合材料的性能優勢與增材制造的靈活性結合在一起。
CFM工藝提供“依靠算法實現復合材料部件數字化”的能力,并集成智能的優化算法來控制纖維的位置和取向,以在獲得最高性能的同時,最大程度地減少材料用量。
最后一個特性是在與Autodesk的協作中實現的,Autodesk幫助CFM的開發者沿給定部件的主應力線來優化纖維鋪放。
伴隨著這項協作,Moi Composites公司還將Autodesk的Netfabb Ultimate整合到其3D 模型制備的工作流程中。
由于可以在打印過程中依靠工業機器人,因此CFM工藝還具有高度的可擴展性,能夠為不同的市場而訂制,包括汽車、航空航天、生物醫學、建筑及其他等。
正如Moi Composites公司在其網站上所說:“工業機器人以不同的規格和有效載荷而存在,它們能與三軸或更多軸的龍門機器相結合,從而實現難以想象的跨度和運動自由度。”
該公司表示,選擇專門針對固化時間不到1秒的熱固性基體材料的工藝,允許在高速下鋪放連續纖維,從而能夠快速地生產出工作溫度比傳統熱塑性基體材料明顯更高的產品。
Moi Composites公司目前提供一系列的熱固性復合材料,包括FGV(乙烯基酯樹脂與玻璃纖維)、FGE(環氧樹脂與玻璃纖維)、KFE(環氧樹脂與芳綸纖維)、CFE(環氧樹脂與碳纖維)及其他等。這些復合材料提供了一系列的優異特性,包括輕量化、高強度、耐化學性、耐熱性以及高沖擊強度等。
為實現其復合材料纖維打印服務,Moi Composites公司已與歐文斯科寧、庫卡、Autodesk、COMAU和ComoNeXT Innovation Hub等展開了合作。
最近,該公司通過與Autodesk合作,設計并3D打印了BMX自行車的車架,以展示其能力。
利用六軸機械手臂、采用一種連續玻璃纖維復合材料打印的這款車架僅重1.8 kg,比相應的鋼部件(重3kg)輕40%。
BMX車架由六軸機械手臂構建而成,并充分利用了CFM工藝能夠控制纖維定位的能力。確切地說,車架背面的纖維不是按平行于平面的方式沉積,這有助于實現優良的結構和各向異性。
該3D打印的自行車架,是采用拓撲優化的3D打印金屬連接件將3個單獨打印的部件組裝在一起
“該自行車的設計采用了一種基于體素的優化算法,這允許由給定的力和約束條件來生成所需的構建解決方案。” Moi Composites公司介紹說,“這種軟件能夠理解應力的理論分布,以及拉力與壓力的區別, 并按最有效的結構方式進行設計。憑借專用算法,還能夠減少纖維折斷,優化加工路徑以更好地分布載荷。”
該3D打印的自行車架,是采用拓撲優化的3D打印金屬連接件將3個單獨打印的部件組裝在一起。它首次亮相于Formnext 2017展會,此后,跟隨Autodesk參加了其他一些展會。
由于將自身看作是CFM工藝的提供者,因此 Moi Composites公司不斷進取,對其技術進行改進。
歸功于其自主式的機器人打印系統,該公司能夠及時交付高質量的復合材料部件。
目前,該公司能夠生產的部件最大尺寸是0.8m×1m×1.2m,并計劃建造更大的機器人打印單元。
該公司還在探討將碳纖維和芳綸纖維應用于CFM工藝,以及從速度和控制方面提高這項工藝的整體質量。
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