复合材料3D打印技术开发商Continuous Composites（CCI）已获得美国海军授予的第二阶段小型企业创新研究（SBIR）合同，旨在推进其连续纤维3D打印（CF3D）技术，用于3D打印内部直接嵌入电导体的无人机结构。该项目的目标是制造兼具承重与配电功能的无人机部件，从而消除传统线束需求，简化无人机的内部架构。
连续复合材料公司赢得海军二期合同。图片来源：连续复合材料公司
从概念验证到承重部件
第一阶段验证了该方法的基本可行性：CCI在玻璃纤维增强复合材料面板内共打印了导电元件，包括铜线和光纤，随后通过机械和电气测试评估了嵌入这些元件对结构性能的影响。结果显示对机械完整性的影响极小，为公司推进第二阶段更深层次的集成提供了依据。下一阶段将从验证概念可行性转向面向实际结构应用的工程设计。CCI将致力于将更高容量的导电通路融入承重部件，通过精确控制材料布局，在保持嵌入导体电气隔离的同时，确保周围结构的机械性能不受影响。
第二阶段项目为期30个月，涵盖材料研究、工艺验证以及试样和亚尺度结构层面的嵌入式导体集成，随后还有一年的可选期，用于交付功能性的系统级演示。Continuous Composites首席执行官Steve Starner表示："该项目代表着从单纯打印结构，向直接将功能性打印到结构中的转变。"他补充说，将电路通路嵌入承重部件，"正在打造一类专为实际作战环境而设计的新型多功能无人机系统。"
海军为何希望减少线束
消除独立的线束在现场具有实际优势。CCI表示，由于配电系统内置于结构本身，损坏的部件可以更快地更换，并且在搬运或维修过程中损坏电线或连接器的风险更低，从而降低了维修复杂性、减少了停机时间并提高了整体系统可靠性。对于远离基地级维护的无人机平台而言，耐用性与模块化的结合与减重本身同样重要。该合同也符合美国国防部更广泛的简化系统部署的推动方向，旨在降低复杂性、提高可维护性，并加速在更多项目中采用复合材料平台。
热图显示了施加负载下整个几何体上的应力和应变分布。图片由Continuous Composites提供
CF3D平台工作原理
嵌入式布线工作基于CCI的核心CF3D Enterprise平台，该平台将六轴机器人系统与专有末端执行器相结合，可在单次行程中沉积并浸渍连续干纤维，同时使用快速固化热固性树脂。该运动平台能够实现围绕复杂承重几何结构的精确三维纤维导向，而非像传统复合材料制造那样平铺材料。刀具路径通过CF3D Studio生成，该软件将数字设计转换为纤维感知路径，内置有限元分析用于结构验证，并在部件3D打印过程中实时控制纤维放置、张力和固化。在材料方面，CF3D将连续碳纤维和玻璃纤维与紫外光固化树脂相结合，生产的复合材料在强度上可与金属媲美，同时减少了传统预浸料制造带来的浪费和成本。
正是这种机器人纤维放置、实时过程控制和可定制树脂系统的结合，赋予了CCI所需的制造精度，使其能够在结构部件中布线导电通路而不损害其性能——这正是这份新海军合同的核心能力。
将功能打印进部件
CCI在近期的国防合同中始终贯彻一个策略：将复合材料部件本身视为承载功能的载体，而不仅仅是承重外形。这份海军合同之前，CCI已获得一份价值190万美元的空军合同，用于改进各向异性CF3D结构的仿真分析，以及一份为期多年的陆军制造技术项目，专注于下一代导弹部件。这两项工作都旨在实现一个根本目标：让打印的复合材料能够可靠地承受应力，并且越来越多地传输信号或电力。
在布线方面，英国公司Q5D构建了其CY1000系统，用于自动化航空航天等领域的线束生产，将导线直接固定在3D打印部件中，以减轻重量、人工和手工线束带来的振动相关故障——这正是CCI的嵌入式导体方法现在试图为无人机解决的问题。在国防和太空项目中，这一趋势表明，增材制造正被用于生产具有电子功能的部件，而不仅仅是几何形状复杂的部件。
来源：中国3D打印网编译文章！
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