類似老太太打毛衣,碳纖維3D一體成型機織技術

碳纖維的應用廣泛,但傳統的采用鋪層技術。如果采用來自軍工的技術——碳纖維3D一體成型機織,不需要進熱壓罐,那么將可能帶來全新的應用市場機會。雖然有專家提到“我每一次做3D打印報告,有老太太打毛衣也是增材制造,我們小姑娘幾十年前就打了,怎么第三次革命,增材制造跟3D打印不是一回事”。但南極熊收到不少用戶對碳纖維打印技術的需求咨詢,此技術不失為一種可能的方案。
類似老太太打毛衣,碳纖維3D一體成型機織技術的圖1  △南極熊配圖:市場上已有的碳纖維制品

2018年11月27-28日,2018增材制造全球創新大賽上,南極熊現場看到了一些3D打印好項目的路演。
類似老太太打毛衣,碳纖維3D一體成型機織技術的圖2  △碳纖維3D一體成型機織技術項目聯合創始人何彬先生

下面是現場速記,南極熊希望可以很好還原其項目路演過程。

碳纖維3D一體成型機織技術

——何彬


軍工級別的碳纖維3D一體成型機織技術

我們團隊帶來“碳纖維3D一體成型機織技術”。這個技術是我們國家的戰略預研技術,之前是應用在航空航天方面,技術成型后,在國家海軍上先做的應用,因此我們技術發明人獲得了國家當年的科技成果獎。

現在生產流水線是位于北京重點軍方的科研機構內?,F有3D碳纖維機織技術和市場上鋪層技術做了一個對比,優勢在于整體人工成本和效率都要比現有鋪層技術改進很多,目標是最終可以做到大批量生產和低成本化。這個技術可以應用的行業有風力發電葉片、汽車整車車身制造里面減重的模塊,包括部分零件,像無人機、大型客機、3C產品、文體用品,在碳纖維復材領域上需求量非常大,同時包括像軌道交通領域,也是應用了很多。

我們所針對行業目標是車身輕量化,尤其是針對新能源汽車領域,在國家十三五規劃要求里面,增材復材和新能源汽車是我們未來大的發展方向,也是明確有大量需求。

市場前景及優勢

從2020年新能源汽車市場預測來看,全球新能源汽車年均有2000萬輛,我們國家市場達到500萬輛以上。從新能源汽車行業車身減重零部件市場需求來看,這個市場將達到萬億級市場。

為什么我們說碳纖維復材用在車身輕量化效果是最好的,我們用碳纖維和鎂合金、鋁合金、高強度鋼進行比較,減重效果最佳,碳纖維是最好的可替代產品。尤其在新能源汽車行業,電池遇到一個很大的瓶頸,把車身重量減掉30%甚至減掉一半,整個車的續航有非常好的提高 維護成本整體降低。

碳纖維在重量、鋼性、強度上都有非常好的優勢,碳纖維復材面臨的問題是什么?成本過高,它的成本在原材料相對穩定的情況下,單一部件整體成本高于其他材料,這是市場上最大的痛點。

類似老太太打毛衣,碳纖維3D一體成型機織技術的圖3  △寶馬的碳纖維零件生產線

碳纖維材料在車身減重很多方面可以有很多應用,像寶馬整車碳纖維車身。兩個人可以抬起來,小女孩可以把保險杠抬起來,凸現碳纖維復材的優勢。

碳纖維3D一體成型核心技術

核心競爭力是3D一體成型技術以及智能制造流水線技術,通過技術整合達到了整體生產效率較高,成本低。我們做了一個技術對比,編織法是最傳統碳纖維成形的方式,鋪層法是當今現代比較主流碳纖維復材制作方式,后面是3D機織技術。

從原材料成本來說,能比現有主流技術節省30%到40%。從生產效率來說,至少可以提高兩到四倍,同時從損耗率上人工成本上也是有一定的優勢,列這個表綜合重點是希望大家可以看到,其實我們針對碳纖維在車身輕量化來說,我們可以做到讓汽車減重達到40%到50%,這是最終目的,同時將整車車身成本也可以降低至跟金屬車身近似的水平,這才是最重要的。

這是之前獲得國家科技成果獎的證書,包括相關專業技術以及發布的論文。論文標題寫高厚玻璃纖維布的方法,是因為那個時候還沒有脫密,不能說碳纖維,當時要求比較嚴。

團隊介紹

我們的核心技術團隊,吳教授是這個項目第一完成人,1992年國務院下達這個預研技術,第一接手人是(黃固)先生,是我國紡織領域第一人,由他帶領團隊做了整體研究。

我一直做大數據和運營,跟教授認識了14年,在這個行業學習了很多。包括王教授,之前專門在日本京都工藝纖維大學進修,學習鉆研了很多年。

競品分析

競品分析方面,與光威復材和康德復材進行對比。光威復材國內頂級碳纖維在軍工領域龍頭企業,從財報來看非常厲害。康德復材在碳纖維領域做民品,它的民品重點用在汽車車身零部件,現在在廊坊有四個車間,車間主要生產針對與新能源汽車零部件。我們也跟康德復材技術人員和市場部進行了解,他們現在用的主流方式就是鋪層法,未來有競爭關系,但更多有合作空間和機會。

從這個角度來說,為什么對現有的技術比較有信心,舉一個例子拿現有的技術跟德國西格里公司作對比,德國寶馬公司汽車零部件都是由德國西格里公司提供,今年4、5月份的時候,康德復材收購了寶馬西格里公司,西格里在汽車領域里做碳纖維零部件最好的,從我們的角度來說,我們從生產整體效率,包括整個產品穩固程度來說,要比西格里優秀。

另外的競品公司是一家美國企業,這家企業實驗室技術研發出來,用碳纖維3D打印技術打印自行車車架,從它的技術理解來說是一個疊加打印,得到了美國本土2000多萬的融資,目前也還沒有市場化。

這是我們生產流水線的大致情況,其實我們針對于主機廠進行合作,做到從整車和零部件設計上協助主機廠,從材料預浸、3D機織成型等整套技術為主機廠進行設計合作。舉個例子,布鞋大家都穿過,布鞋大部分是膠粘的,我們的技術好比于多了一個Z軸,有X軸Y軸和Z軸,從整體構造上發生了改變。

專家點評

碳纖維3D一體成型機織技術類似打毛衣

王成燾:你這不是打印是編出來的,你符合增材制造這個概念,我每一次做3D打印報告,有老太太打毛衣也是增材制造,我們小姑娘幾十年前就打了,怎么第三次革命,增材制造跟3D打印不是一回事,你這個跟打印有什么關系,沒有關系。

何彬:我們屬于相對邊界有點模糊,我不是專家不太懂,3D打印是一種技術,包括用的材料,粉末、液態跟3D打印比較貼近,但是對于我們來說,我們以純物理的方式進行,尤其是X軸、Y軸、Z軸的方式,是3D一體成型技術,不是3D打印技術。

侯杰:搞的很保密沒有太多資料,編織不說了,廣東發達一塌糊涂了,我只說無論未來汽車,碳纖維打印,不要說100%碳纖維,60%以上的碳纖維如果能解決量產問題,三軸成形方式,你這個市場不得了了。相對來說,3D打印不論怎么樣還是基于熱源,非基于熱源的疊加都是叫這個詞,還是基于熱源的疊加,項目是挺好的,因為你搞的項目挺保密,圖片、工作流程、工作過程、操作截面都沒有,無論在碳纖維這個領域怎么說都不過分,但是相對來說確實就是要解決量產問題,如果能解決誰都知道。

吉果:請問一下,工藝做完之后還是要進熱壓罐嗎?

何彬:不用。

碳纖維為啥還沒有爆發?

吉果:其實你花了很多時間在論證碳纖維未來的市場,跟3D打印沒有關系,碳纖維能爆發,但一直沒有爆發的原因,我覺得尤其在工業應用,在汽車行業主要有兩個,一個是進入熱壓罐,工藝既費時費耗能又花錢。二是用于汽車生產的話,汽車生產對于速度要求非常高,我現在所有傳統工藝生產速度跟不上汽車產業生產速度,碳纖維阻礙在這。

你舉新能源汽車產業,與其說關注汽車,不如看看它的新能源汽車里面的電池,像(CATL)未來的方向,電池的箱體要從鋁合金的箱體變成復合材料的箱體,而且這個可能竟然請來要比整車要快得多,你光看他們一家在新能源汽車未來碳纖維復合材料箱體這一塊市場,我覺得都會比整車這種結構件市場來的更現實一些。

何彬:從市場定位來說,我們剛才講在新能源汽車行業,這個市場非常巨大,我們跟一汽、上汽、中車的專家都溝通過,他們有需求,但是不知道怎么突破。剛才像您講了,不如去做電池殼這方面的減重,我們跟京農(音)集團做的壓力罐,包括上海也是,這個市場反而更好切入,因為從整體設計來說,要求沒有那么大,其實對于我們來說,體育用品行業也是我們一個目標行業,說的最簡單我們想發展和活下來,最快應該先做體育行業,包括之前一家知名大型體育用品公司找過我們教授討論過這個問題,從產品快速資金回收,體育行業才是最快適合我們的。

王成燾老師說的問題,這個技術照片沒有,我們是一個初創團隊,今年剛剛開始出來做市場,這個技術也是從今年才完全轉到民用化,我們跟沙特和比利時兩大500強世界級企業溝通過,他們給我們打電話說想看看我們的東西,但是因為權限的原因我們說帶不進去看生產線,,這是我們的痛點,我們現在需要把我們的技術以小樣機的方式給行業企業展現出來,如果解決這個問題,這個市場是巨大的,我們想的是如何解決用流水線生產,大家可以認為它就是紡織機織,我們織毛衣是線,我們替換一下它是碳纖維原絲,把它做成不同的產品這才是優勢。

紡織技術在中國幾千年,中國是紡織技術最頂尖的國家,把它流水線生產化,替換成碳纖維,加上自己的軟件技術,這樣才是解決當下問題的關鍵。

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