核心技術深度解析:1+1 > 2 的融合創新
AUTO-CF系列的顛覆性能力,源于其三大核心子系統的高度協同:
1. 獨立雙Z軸系統:從“交替”到“協同”的制造革命
- 雙工位獨立運作:兩個運動軸完全獨立,允許搭載功能迥異的打印頭;
- 軸一(制造軸):可裝配AFP(自動鋪絲)打印頭或ATL(自動鋪帶)打印頭,專注于高性能連續碳纖維預浸絲/帶的精準鋪放與壓實,實現復合材料的主承力結構制造;
- 軸二(功能軸):可裝配多通道直寫(DIW)打印頭、激光固化模塊、微點膠閥等,負責功能性材料(如導電銀漿、導熱陶瓷漿料、傳感器材料、支撐材料)的精密沉積與即時固化;
- 多模態交替工作:在統一數控系統調度下,兩大主軸可交替作業。例如,先由AFP軸鋪放一層碳纖維骨架,隨后由DIW軸在特定區域打印集成傳感電路,再由AFP軸鋪放下一層纖維進行覆蓋封裝,最終一站式制造出“結構-功能一體化”的智能復合材料構件;
2. 同軸打印模塊:微觀尺度的材料復合專家
“電線式”一步成型:該模塊采用獨特的同心套管設計,如同制造電線一般,可實現內芯與外皮的同步擠出與復合;
應用場景:在打印連續碳纖維時,可同步擠出專用的高分子膠黏劑或韌性樹脂作為“鞘”,包裹碳纖維“芯”。這不僅能顯著改善纖維與基體的界面結合,抑制分層,還能有效提升復合材料的沖擊韌性和損傷容限;
功能拓展:此技術同樣適用于制造中空血管化結構(犧牲材料為芯)、絕緣導電一體化纖維(導體為芯,絕緣聚合物為鞘)等,為仿生組織和柔性電子研究提供強大支持。
3. 多通道供料系統:宏觀尺度的材料設計大師
多元材料矩陣:系統集成多個高精度供料通道,可同時搭載不同型號的碳纖維絲束(如T300,
T700, M40J)、不同體系的樹脂基體(環氧、熱塑性塑料等) 以及各種功能性漿料。
實現梯度與混雜復合:通過程序控制,可在打印過程中實時、動態地切換材料通道。這使得在單一構件內部實現材料比例的精準梯度變化或不同纖維/材料的混雜鋪層成為可能,為研究“梯度復合材料”和“混雜效應”提供了前所未有的實驗手段,助力開發性能可定制的新一代復合材料。
經典型科研應用場景
在經典科研領域的多元應用價值和創新潛力。
1.結構-功能一體化智能結構
一站式制造集承載、傳感、驅動于一體的智能機翼、機器人構件。
2.高性能梯度復合材料
研究并制備成分/結構呈梯度變化的新型復合材料,優化應力分布,減輕重量。
3.仿生復合材料與組織支架
模擬天然生物材料的復雜多級結構,制造高性能仿生材料或血管化組織工程支架。
4.柔性電子與可穿戴設備
將剛性碳纖維與柔性電路、傳感器集成,制造新一代高性能柔性器件。
航空航天與高端裝備領域
此領域是AFP/ATL技術最經典的應用場景,側重于極致輕量化和高性能。
1.無人機與小型航空器部件
利用該技術制造無人機機臂、機身框架、旋翼翼梁等主承力結構。通過精準的纖維路徑鋪放,在保證足夠剛度和強度的前提下,實現大幅減重,顯著提升飛行器的續航能力和載荷容量。
2.衛星輕量化結構
為衛星制造蜂窩夾層結構的面板、支撐桁架等。AFP/ATL 3D打印可以實現復雜曲面的一體化成型,減少機械連接件,提高結構可靠性和輕量化水平。
3.高性能機器人機械臂
用于工業機器人或協作機器人的輕質高剛性臂桿,減輕自重意味著更低的慣性和更高的運動速度與精度,同時保證其承載能力。
生物醫療與仿生工程領域
此領域充分利用了該技術的定制化能力和多材料兼容性。
1.個性化骨科植入物與修復支架
結合醫學影像數據,為患者量身定制仿生骨支架。例如,使用連續碳纖維或高分子纖維構建高強度的力學支撐框架,模擬骨骼的力學性能,并利用其多孔結構促進骨細胞長入。
2.智能矯形支具與康復設備
制造輕便、透氣、貼合體型的外部康復支具。通過纖維鋪放優化特定方向的剛度,提供有效的支撐和保護,極大提升患者的舒適度和康復效果。
3.仿生結構與軟體機器人驅動骨架
模仿自然界中生物的結構(如鳥類骨骼、植物莖稈),設計并制造具有各向異性力學性能的仿生結構。同時,可作為軟體機器人的內置增強骨架,引導和限制其變形,實現復雜的運動模式。
交通運輸與新能源領域
此領域關注結構的耐久性、功能集成和生產效率。
1.汽車輕量化部件:
用于制造概念車或高端賽車的非承重或次承重部件,如內飾加強架、電池箱蓋板等。通過局部增強,在提升性能的同時實現輕量化目標。
2.新能源汽車電池包殼體
制造具有高比強度、高剛度和良好抗沖擊性能的電池包上蓋或托盤。連續纖維增強復合材料能提供出色的保護,并有助于減輕整車重量。
前沿科研與特種功能器件
森工科技多模態設備最具特色的科研應用場景,超越了傳統制造范疇。
1.結構-功能一體化智能材料
這是多模態能力的核心體現。在打印過程中,AFP/ATL模塊負責鋪放連續纖維承力結構,而直寫模塊可同步嵌入導電材料、光學纖維或壓電材料,直接制造出集承載、應變監測、數據傳輸、能量收集于一體的智能結構,為航空航天、重大裝備的健康監測系統提供原型。
2.定制化力學性能測試樣件
為復合材料力學研究快速制備非標準測試樣件。可以精確控制樣件中纖維的取向、鋪層順序和界面區域,用于系統研究這些參數對材料宏觀力學性能(如斷裂韌性、疲勞性能)的影響。
3.熱管理與防護結構
通過選用特定纖維(如高導熱碳纖維)和基體,設計并制造用于電子設備的高效散熱器或熱防護罩,滿足特種環境下的應用需求。































