將3D批量打印碳纖維復合材料確定為制造業新標準。

 

瑞士工程科技公司9T Labs成立于2018年，其專有的增材融合技術（Additive Fusion Technology™）能以自動化3D打印的方式，大批量、低成本地生產工業級碳纖維復合材料來取代鋼、鋁和鈦零件。

9T Labs團隊

碳纖維復合材料已成為航空航天、醫療、休閑和機器人等行業輕質結構的首選材料。其強度是鋼的5倍，硬度是鋼的2倍，但重量僅為金屬的1/5。過去十年，復合材料已成為大型結構的標準配置，但如汽車支架或飛機座椅結構件等大量零件依然是由金屬制成的。其原因在于碳纖維復合材料制造的局限性。碳纖維復合材料的現有制造工藝成本高昂、耗時且需大量勞動力，例如，引入單層碳纖維和對齊單根纖維就需要大量的人力，這嚴重限制了碳纖維復合材料在制造業的廣泛應用。

9T Labs的3D打印技術改變了游戲規則，該技術可將碳纖維復合材料的生產效率提升25倍，將制造成本降低90%。據SmarTech Analysis的《2018年3D打印復合材料市場》報告預計，到2028年，3D打印復合材料市場約為100億美元，復合年增長率達14.15%。9T Labs正是推動這一發展的少數公司之一。

金屬部件與9T Labs的3D打印復合材料部件

9T Labs專有的RED SERIES®一體化增材融合技術將集成軟件、增材制造和成型相結合，充分釋放了連續纖維復合材料大批量、低成本、自動化制造的潛力。

該技術由設計模塊（Fibrify®設計套件）、構建模塊（提供纖維鋪層和預成型件生產的3D打印機）和融合模塊（提供預成型件固結和最終零件成型的緊湊型壓縮機）組成。其中，Fibrify®設計套件可導入CAD文件并運行FEA模擬，使用戶能夠快速定義纖維設計并驗證和優化設計的結構能力。

構建模塊是一個開放式材料平臺，能通過兩個細絲導向器進行材料沉積，將熱塑性細絲（例如PA11、PA12、PPS、PEKK和PEEK）與連續纖維增強細絲（例如碳、玻璃和玄武巖）放置在一起，并能精確決定纖維取向，充分利用各向異性的優勢，在零件的不同區域或不同方向獲得不同的機械性能。融合模塊使用金屬模具來加固打印出來的預成型件，增加層之間的粘合，將打印結構內的殘留空隙降低至1%并實現極佳的表面光潔度，形成可重復、低孔隙率、致密且堅固的最終復合材料件。融合模塊還能通過復雜的熱塑性長絲沉積以及重塑預成型件，將多個子部件組裝并融合成一個部件，進而擴展設計自由度。

9T Labs的軟件能精確設計組件的纖維及方向

9T Labs的構建模塊（左）和融合模塊（右）

由此，9T Labs從根本上改變了高性能復合材料零件的批量制造方式，并在材料質量、可重復性、輕便性和性能方面設定了新標準，同時最大限度地減少了材料用量和浪費，降低制造成本并促進可持續發展。

9T Labs優先生產中小型尺寸和厚截面的高性能結構零件，可實現1萬至10萬個零件的年產量。這類零件在航空航天、醫療、機器人和日用工業品等行業具有廣泛應用前景。2021年，9T Labs在航空航天（內部部件、支架、發動機部件和機翼加強件）、醫療（手術器械）、奢侈品（手表、眼鏡）和人體外骨骼（符合人體工程學的舉升支撐）等領域完成了創紀錄的合作項目數量。工業項目外，9T Labs還向研究中心、大學、金屬成型行業和航空航天一級供應商等客戶提供商業系統；到目前為止，9T Labs已識別出300多個應用場景。2022年，9T Labs獲得了1700萬美元的A輪融資，這將支持公司技術和設備的全面商業化，引領可持續高性能復合材料零件的批量生產。