我國首次完成太空3D打印 復合材料應用進入加速發(fā)展期

時間:2020-05-08

來源:智能制造網(wǎng)

導語:人類對于無垠的大海和廣袤的星空總是心懷敬畏,了解宇宙空間的運行規(guī)律、知曉地球周邊太空環(huán)境,已被納入世界各國的戰(zhàn)略性科研規(guī)劃。如果3D打印出現(xiàn)在太空中,又會發(fā)生什么呢?

  星辰大海,令人神往。從古至今,人類從未停止探索未知宇宙世界的腳步。

  2020年5月5日18時0分,長征五號B搭載新一代載人飛船試驗船和柔性充氣式貨物返回艙試驗艙,從文昌航天發(fā)射場點火升空,我國載人飛船試驗又向前邁進了一大步。據(jù)悉,新一代載人飛船試驗船此次搭載了一臺我國自主研制的“復合材料空間3D打印系統(tǒng)”,這是我國首次太空3D打印實驗,也是國際上第一次在太空中開展連續(xù)纖維增強復合材料的3D打印實驗。

  飛行期間,“復合材料空間3D打印系統(tǒng)”系統(tǒng)自主完成了連續(xù)纖維增強復合材料的樣件打印,并驗證了微重力環(huán)境下復合材料3D打印的科學實驗目標。這一消息傳出后,引起了國內(nèi)外科學家的高度關(guān)注。我國首次完成太空3D打印的壯舉,從一個側(cè)面反映出我國在3D打印技術(shù)研究、科學實驗方面已經(jīng)實現(xiàn)了許多突破。

  大家都知道,3D打印產(chǎn)品的呈現(xiàn),既離不開3D打印技術(shù)、系統(tǒng),也離不開3D打印材料。其實,隨著3D打印技術(shù)應用領(lǐng)域的不斷拓展和3D材料種類的日益豐富,全球3D打印材料行業(yè)發(fā)展迅猛。2018年,全球3D打印材料行業(yè)市場規(guī)模就達到32.27億美元,同比增長20%。

  通常來講,3D打印材料類型可以從不同方面進行分類。根據(jù)化學性能,3D打印材料可分為復合材料、金屬材料、陶瓷材料、聚合物材料;根據(jù)物理狀態(tài),3D打印材料可分為絲狀材料、液體材料、粉末材料、薄片材料。從中國3D打印材料類型來看,鈦合金、PLA、尼龍這幾種材料占比相對較高,緊隨其后的是鋁合金、不銹鋼,樹脂和其他材料占比較低。

  在多種復合材料中,連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料的市場需求巨大。據(jù)了解,連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料主要由熱塑性樹脂和纖維增強材料制成。通常,可以選擇PEEK、PP、PE、PET、PS作為樹脂基體,而碳纖維、玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維優(yōu)選作為纖維增強劑。

  有分析人士認為,在2016-2121年期間,連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料市場將保持快速增長,復合增長率為4.38%。連續(xù)纖維增強復合材料作為一種十分重要的3D打印材料,其在3D打印汽車、航空、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域潛藏的應用空間十分巨大。

  碳纖維作為一種新興復合材料,其在3D打印材料體統(tǒng)中所占有的位置難以替代。由于碳纖維具有高強度、耐高溫、耐腐蝕等特點,近年來也漸漸成為科學界研究的新寵。碳纖維的引入,在一定程度上提高了打印件的剛性強度,且結(jié)晶度更加均勻,這使其能夠較好的適應3D打印產(chǎn)品智造的需求。

  目前,科學界已有不少研究人員通過加入碳纖維來獲得新的3D復合打印材料的科研成果。例如,中國科學院空間應用工程與技術(shù)中心研究團隊對自主研發(fā)的碳纖維PEEK復合材料進行3D打印工藝的系統(tǒng)研究獲得成功。

  可以預見的是,隨著3D打印商用步伐的不斷加快,3D打印材料、設(shè)備的市場需求將迅速增長。基于3D打印技術(shù)的顯著優(yōu)勢和巨大應用潛力,3D打印上下游產(chǎn)業(yè)將進入加速發(fā)展期,新材料、新技術(shù)、新應用業(yè)態(tài)出現(xiàn)也將重塑整個3D打印市場格局。

  正如登山一樣,意志堅定、步履不停方能克服一切艱難險阻,登上頂峰,欣賞到綺麗壯美的風景。在登上3D打印這座科學高峰的途中,各國科學家都需要保持耐力和決心。經(jīng)過艱苦卓絕的探索和嘗試之后,相信更多具有突破性和典型性的3D打印成果將展現(xiàn)于世人面前。

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