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案例 l 驗證纖維增強材料3D打印技術制造輕量化零件的可行性

來源:  3D科學谷     時間:  2018-11-09 13:31
摩托車,自行車及跑車制造商KTM是3D打印技術的應用者,KTM 通過旗下KTM 科技(KTM Technologies)開展3D打印相關的研發工作。KTM 科技致力于新工藝的認證和基準測試,他們開展的最新一項3D打印研究是纖維增強復合材料與3D打印技術在制造輕量化零部件領域的應用。
KTM 科技對幾種不同碳纖維、玻璃纖維增強材料進行了研究,根據產品來設置特定的3D打印參數,評估合理的后處理方法。KTM 科技最新的一個研究案例是3D打印輕量化摩托車制動桿,在研究過程中,團隊使用拓撲優化技術進行了制動桿的重新設計,并使用連續纖維增強塑料(CFRP)復合材料以及3D打印技術制造制動桿。
KTM
block 替代金屬
KTM 科技的主要工作是開展復合材料的應用,該公司起源于2007年,當時KTM Sportmotorcycle 決定實現 CFRP跑車的小批量生產,為了實現這一目標,KTM 組建了一支經驗豐富的輕型和碳復合材料工程師團隊。根據3D科學谷的市場觀察,此后通過建立復合實驗室以及內部3D打印/增材制造系統的投入使用,KTM 科技進一步增強了在復合材料應用開發領域的技術實力。
KTM 集團安裝了多種3D打印設備,包括選區激光熔融、選區激光燒結、多射流熔融,以及熱熔長絲擠出、光固化設備。
復合材料技術與3D打印/增材制造工藝,使KTM 能夠開發一些具有復雜三維結構的聚合物零件,這些零件可承受標準載荷情況。KTM 的技術解決方案是使用負載路徑定向連續纖維增強塑料,從而使3D打印復合材料零件實現裝載情況。
KTM 科技通過3D打印制動桿的研究,驗證了3D打印和纖維增強材料在輕量化部件制造中的潛力。KTM 開發的3D打印摩托車長形制動桿,與ISO 8710標準的鋁合金(AlSi10Mg )3D打印制動桿相比,重量進一步減輕了40%。
KTM phase 1
3D科學谷了解到,在開展此研究的第一階段,KTM 科技根據所需的技術規范研究可能使用的材料。接下來是進行設計,KTM 科技使用了拓撲優化設計,目標是獲得最大剛度,并使所需的制造材料減少35%。通過這一方式,團隊設計出3D打印制動桿的第一個概念原型以及隨后的晶格結構表征。
KTM phase 2-3
在第二階段,KTM 科技對制動桿數字設計模型的性能進行仿真模擬,然后選擇合適的制造技術和材料。在第三階段中,KTM 科技的團隊通過合作伙伴制造零件的原型,并根據原型進行設計迭代。
KTM phase 4-5
在第四階段,團隊需要根據幾種不同3D打印技術和材料制造的制動桿原型,考慮隨后的材料復合雜交以及不同打印材料的可打印性。KTM 使用的材料包括PA 復合材料。
KTM final
KTM 表示,通過纖維增強復合材料開發的3D打印制動桿滿足了初始要求, 3D打印制動桿輕量化系數提高了40%,滿足ISO 8710要求。KTM 通過輕量化3D打印制動桿的研究,對復合材料3D打印工藝進行了進一步驗證,證明纖維增強3D打印零部件可以像金屬部件一樣堅固耐用,并且成本和重量更低。
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