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我国首次完成太空3D打印 复合材料应用进入加速发展期

星辰大海,令人神往。从古至今,人类从未停止探索未知宇宙世界的脚步。

2020年5月5日18时0分,长征五号B搭载新一代载人飞船试验船和柔性充气式货物返回舱试验舱,从文昌航天发射场点火升空,我国载人飞船试验又向前迈进了一大步。据悉,新一代载人飞船试验船此次搭载了一台我国自主研制的“复合材料空间3D打印系统”,这是我国首次太空3D打印实验,也是国际上第一次在太空中开展连续纤维增强复合材料的3D打印实验。

飞行期间,“复合材料空间3D打印系统”系统自主完成了连续纤维增强复合材料的样件打印,并验证了微重力环境下复合材料3D打印的科学实验目标。这一消息传出后,引起了国内外科学家的高度关注。我国首次完成太空3D打印的壮举,从一个侧面反映出我国在3D打印技术研究、科学实验方面已经实现了许多突破。

大家都知道,3D打印产品的呈现,既离不开3D打印技术、系统,也离不开3D打印材料。其实,随着3D打印技术应用领域的不断拓展和3D材料种类的日益丰富,全球3D打印材料行业发展迅猛。2018年,全球3D打印材料行业市场规模就达到32.27亿美元,同比增长20%。

通常来讲,3D打印材料类型可以从不同方面进行分类。根据化学性能,3D打印材料可分为复合材料、金属材料、陶瓷材料、聚合物材料;根据物理状态,3D打印材料可分为丝状材料、液体材料、粉末材料、薄片材料。从中国3D打印材料类型来看,钛合金、PLA、尼龙这几种材料占比相对较高,紧随其后的是铝合金、不锈钢,树脂和其他材料占比较低。

在多种复合材料中,连续纤维增强热塑性复合材料的市场需求巨大。据了解,连续纤维增强热塑性复合材料主要由热塑性树脂和纤维增强材料制成。通常,可以选择PEEK、PP、PE、PET、PS作为树脂基体,而碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维优选作为纤维增强剂。

有分析人士认为,在2016 - 2121年期间,连续纤维增强热塑性复合材料市场将保持快速增长,复合增长率为4.38%。连续纤维增强复合材料作为一种十分重要的3D打印材料,其在3D打印汽车、航空、电子产品等领域潜藏的应用空间十分巨大。

碳纤维作为一种新兴复合材料,其在3D打印材料体统中所占有的位置难以替代。由于碳纤维具有高强度、耐高温、耐腐蚀等特点,近年来也渐渐成为科学界研究的新宠。碳纤维的引入,在一定程度上提高了打印件的刚性强度,且结晶度更加均匀,这使其能够较好的适应3D打印产品智造的需求。

目前,科学界已有不少研究人员通过加入碳纤维来获得新的3D复合打印材料的科研成果。例如,中国科学院空间应用工程与技术中心研究团队对自主研发的碳纤维PEEK复合材料进行3D打印工艺的系统研究获得成功。

可以预见的是,随着3D打印商用步伐的不断加快,3D打印材料、设备的市场需求将迅速增长。基于3D打印技术的显著优势和巨大应用潜力,3D打印上下游产业将进入加速发展期,新材料、新技术、新应用业态出现也将重塑整个3D打印市场格局。

正如登山一样,意志坚定、步履不停方能克服一切艰难险阻,登上顶峰,欣赏到绮丽壮美的风景。在登上3D打印这座科学高峰的途中,各国科学家都需要保持耐力和决心。经过艰苦卓绝的探索和尝试之后,相信更多具有突破性和典型性的3D打印成果将展现于世人面前。


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