在Thermwood Corporation公司, Applied Composite Engineering(简称 'ACE' )公司, Techmer PM公司以及美国普渡大学复合材料制造与仿真中心的共同努力下, 一种复合材料的直升机部件已在一幅3D打印的聚砜(PSU)模具中被生产出来.
采用Techmer PM公司提供的碳纤维增强材料, 该模具在Thermwood公司的大型增材制造(简称 'LSAM' )设备上被打印出来. 利用该3D打印模具, ACE采用正常的生产工艺, 在热压罐中生产出了直升机部件.
虽然聚砜(PSU)是适合这项应用的理想材料, 但这些合作伙伴认为, 这是第一次将聚砜(PSU)用于3D打印. 由于聚砜(PSU)的加工温度以及需要的扭转力要高于普通聚合物的挤出要求, 因此挤出机和LSAM设备上的打印头都得到了特殊设计, 以满足超高温, 大扭矩的运行要求.
由于不需要使用除正常模具准备和脱模剂以外的特殊涂料, 凭借372℉(约188.9℃)的玻璃化转变温度, 这些合作伙伴相信, 这种特殊的聚砜(PSU)配方能够在高达350 ℉(约176.7℃)的温度下加工部件, 这一温度对于加工目前大约95%的复合材料部件是足够的.
这些合作伙伴还需要做一些测试, 以确定这种材料在此温度下的适用性和耐久性. 他们还计划对聚醚砜(PES)进行评估, 因为聚醚砜(PES)可以在更高的温度下进行加工和运行.
最近, 在于美国田纳西州诺克斯维尔举行的AM 2017增材制造大会上, 这种聚砜(PSU)模具及其生产的部件得到了展示.
与传统方法的比较
这项合作的另一有趣之处是, ACE 采用传统方法制成了用于同一部件的模具, 并在成本和制造时间方面与增材制造的模具进行了比较, 结果令人震惊.
增材制造的材料成本降低了34%, 而且所需的生产时间明显更短. 增材制造的模具仅需3天便构建完成, 而传统方法制造的模具需要8天时间. 如果部件较大, 还需要在传统模具中增加支撑结构, 这又将增加2天时间. 相比之下, 较大型的增材制造模具不需要支撑结构.
这项合作的目标是, 为高效而可靠地3D打印出生产用的复合材料模具开发相应的材料和工艺, 以使3D打印的模具能够在热压罐中的高温下运行. 初步结果表明, 他们正日益接近这一目标.