研究人员开发出新型3D打印机,可用于碳纤维部件生产-复合材料网

图为9T实验室团队的成员,从左至右依次为Giovanni Cavolina,,Filippo Kusch,Sel?uk Ercan和Martin Eichenhofer, 最前方靠近3的打印机的为Chester Houwink。图片来源:9T实验室
三名瑞士联邦理工学院(ETH)的校友开发出了一种新型3D打印机,能够利用碳纤维复合材料制造零部件。ETH的下属部门9T实验室为轻量型高强度零部件的制造和利用带来了新的可能。

碳纤维增强塑料(CFRP,通常简称为碳)是制造更轻更强产品的不二之选,无论是飞机、一级方程式赛车和山地自行车,还是机器人、医疗器械和医用植入物,它无处不在又无所不能。它的强度比钢还要高,但重量只有钢的1/5,这让它在全球市场上广受欢迎。

然而这种材料也不是完美的,由于制造成本高昂且制造周期长,因此比起铝或者钢铁,它的价格太过昂贵。这种复合材料是将碳纤维和塑料组合加工而成的高强度耐用材料。使生产成本居高不下的原因之一是每一个部件都需要一个单独的模具。

无模碳部件的生产

ETH的下属部门9T实验室找到了一种新的碳部件生产方法:即开发一种3D打印机来生产碳纤维复合部件。这种方法舍弃了传统制造中笨重的模具,在电脑上使用专用软件设计想要制造的部件,再用3D打印机直接打印出来。塑料和碳纤维将在打印机中结合在一起,然后通过挤压的方式使这些混合材料通过加热后的喷嘴。

9T实验室的创始人之一Giovanni Cavolin介绍道:“我们将3D打印技术的技术优势与碳纤维复合材料的优越性能结合在了一起。首先,这项新技术不仅克服了碳纤维复合材料成本过高的缺点,还使得整个生产过程大大减少了生产成本和生产周期。另外,这项新技术还可以用来制造卫星天线或义肢等形状复杂的部件。此外还有一个不是特别重要的优点,这种技术可以节省材料,减少资源浪费。

9T实验室的三位创始人均为ETH校友,分别为Martin Eichenhofer (30岁), Giovanni Cavolina (岁) 和 Chester Houwink (岁)。在四年前在Paolo Ermanni教授领导下的复合材料和自适应结构实验室进行研究工作时,Eichenhofer首次萌生了创业的想法。而这个想法在2018年初得以实现:Eichenhofer得到了30万法郎的资金支持,于今年1月份成立了一家股份公司。欧洲空间局还邀请这件年轻的公司加入孵化中心,该中心不仅提供额外20万法郎的资金,还提供了一个良好的工业网络。

正在撰写博士论文的Eichenhofer表示:“我们生产的碳纤维部件在许多其它方面都有着潜在用途,此外我们还进一步扩大了这种材料的应用范围,因此业界对它表现出了很大的兴趣。”而Cavolina则补充道:“我们认为,对于企业来说,面向市场是很重要的。因此,我们希望尽快将产品推向市场,这样我们才能从市场上得到有用的反馈。”

3D打印系统将于明年准备完成

一个软件与硬件装备齐全的完整打印系统将于明年初准备好进行beta测试。此后,如何以正确的顺序将服务提供给正确的部门将是他们最需要考虑的事。9T实验室希望首先将服务提供给从事研究和开发的客户,比如大学和技术学院。Cavolina 解释道:“我们希望从这些客户那里得到良好的技术反馈,从而帮助我们不断改进产品。”

工程师们目前正在对3D打印机的原型机进行微调。这家初创公司目前仍被位于苏里西-西城区科技园的办公场所。但这种情况很快就能得到改变,因为这家年轻的公司正在迅速扩张,并不断招募新员工。包括实习生在内的8名员工目前正在9T实验室工作,另外还将有4名员工在今年加入。

Cavolina认为,把团队凝聚在在一起是一项重大的挑战。他表示:“要找到优秀的软件和硬件工程师并不容易。”这也是他投入大量的时间和精力来招募新员工的原因。正如他一直所说的那样,“我们需要真正优秀的人才来确保产品能够满足市场需求。”