碳纤维后处理对3D打印部件加固！Reinforce3D连续纤维注射工艺 (CFIP) 技术

南极熊导读：这个公司的技术非常独特，可以对3D打印零部件进行后处理，用碳纤维等材料进行加固！

Reinforce3D 是一家位于西班牙的初创公司，于 2022 年获 BeAble Innvierte Kets Fund (BIKF)、Eurecat 和 Marc Crescenti 的资助。Reinforce3D旨在进一步开发和商业化连续纤维注射工艺 (CFIP) 技术。

连续纤维注射工艺 (CFIP) 技术
CFIP 并不是一种3D打印技术，而是一种新的后处理技术，通过使用碳纤维等连续纤维对 3D 打印部件进行加固，可大幅提高其机械性能和轻量化性能，适用于塑料、金属、陶瓷等多种材料，并支持复杂纤维路径设计、多部件整体连接以及大规模工业应用。

△Reinforce3D研发的Delta机器，用于加固3D打印零件

CFIP工作原理

1.纤维选择与准备
在进行CFIP之前，首先需要选择合适的连续纤维材料。这些纤维可以是碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维等高强度材料，具体选择取决于最终应用的需求。纤维通常以卷轴形式提供，并在加工前进行适当的预处理，如清洁和涂覆界面剂，以确保纤维材料能与基体材料良好结合。

2.纤维注入过程
CFIP的核心在于其独特的纤维注入机制。将选定的连续纤维通过特制的注射装置精确地注入到已经成型但尚未完全固化的零件内部或表面，纤维沿着预先设计的路径被铺设。在这一过程中，工程师可以根据结构力学的要求来优化纤维的方向和分布，从而最大化零件的性能。

3.纤维与基体材料的整合
在纤维注入的同时，还需要考虑如何使纤维与零件的基础材料（即基体）紧密结合。对于热塑性塑料制成的零件，可以通过加热基体材料至软化状态，使得纤维能够顺利插入并固定在其内部。而对于热固性树脂，则可能需要使用特定的化学试剂或者紫外线照射等方式加速固化过程，确保纤维与基体形成坚固的整体。

4.后续处理
完成纤维注入之后，零件通常需要经过进一步的固化或硬化处理。这一阶段的目标是确保所有组件都能达到所需的物理和化学性质。此外，还可能包括去除多余的材料、打磨表面以及进行质量检验等步骤。

△优势

优势：
●自由的纤维路径：允许将纤维按照复杂的路径放置在各个方向（也可以在打印层之间）。

●适用于多种材料：可以增强由任何现有 AM 技术和材料制成的零件，包括塑料、金属和陶瓷。

●可实现整体连接：能够将不同的部件整体连接在一起，并且部件之间具有纤维连续性，从而实现超高的连接性能。

●能制造大型结构：高效制造大型、多材料和多工艺结构。

Reinforce3D合作项目流程

△合作流程

Reinforce3D会与专门的增材制造应用工程师一起协作，以正确使用连续纤维注射工艺 (CFIP) 。Reinforce3D会根据客户的特定需求定制 CFIP 解决方案、提供竞争优势并促进创新。

1.规格定义：客户提供拟议案例的相关信息，这些信息可包括零件几何形状、载荷、约束区域、材料类型等。Reinforce3D将通过在3D打印和复合材料领域的深厚知识和专业知识做出判断。

2.概念设计和拓扑优化：Reinforce3D提出了一种基于专门为 CFIP 技术开发的拓扑优化方法，能够根据定义的目标（等最小质量）确定纤维路径和 AM 材料的最佳分布。

3.详细设计和 FEM 验证：Reinforce3D通过添加所有必要的特征来完善上一步生成的优化概念设计，以确保零件的完整功能和制造可行性。然后，使用基于有限元方法的机械模拟进行虚拟验证设计。

4.原型制造：Reinforce3D 目前拥有从单个单元到小型生产单元的制造能力，包括 3D 打印部件及其使用 CFIP 技术的加固。

5.原型测试：Reinforce3D 可以在实验室中进行原型测试，以通过实验验证零件，例如在确定的负载条件下校核强度或刚度。

6.经济可行性分析：Reinforce3D 还可以根据客户定义的年度生产目标计算所开发解决方案的 OPEX 和 CAPEX 成本，其中包括材料、人工和设备相关成本。

△CFIP 技术可助力的领域

CFIP技术与传统复合纤维增强工艺的核心区别是什么？

CFIP技术与传统复合纤维增强工艺的核心区别主要体现在工艺范式和技术特性两个层面：

作为首个后处理增材制造强化技术，CFIP突破了传统工艺在制造时序上的限制。传统方法需在制造过程中同步完成纤维与基体的复合（如预浸料铺层或纤维缠绕），而CFIP创新性地在3D打印完成后，通过向预置的仿生管状网络注入连续纤维与纳米改性树脂实现性能强化。这种后处理特性使其具备独特的部件修复能力，可对金属或陶瓷部件进行针对性增强，而传统工艺仅适用于新制件的一次成型。

在纤维架构设计方面，CFIP通过三维拓扑优化实现了跨维度的纤维排布。注射路径可突破传统层状结构的限制，在打印层间构建仿生网状支撑结构，例如在航空部件中实现骨骼状三维增强网络。相较之下，传统工艺受限于平面铺层或简单缠绕路径，难以在复杂曲面部件中实现力学最优的纤维取向。这种空间自由度的突破使CFIP制件的各向异性指数降低。

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