新技术：波音公司3D打印出大型复合材料增材制造固化工具

在美国海军ManTech资助的项目中，Thermwood公司一直是一个重要的开发合作伙伴。近期，ManTech分配给波音研究和技术公司一系列项目，是关于生产大型的复合材料增材制造固化工具。该项目由先进技术国际公司（ATI）代为海军研究办公室（ORN）托管，资金由海军航空系统司令部（NAVAIR）飞机设备可靠性和可维护性改进计划（AERMIP）提供。

东部舰队战备中心（FRCE）是开发低成本复合材料固化工具的关键技术贡献者。最后，Thermwood公司的大型增材制造（LSAM）机器被选中进行技术开发。

大型增材制造机器的几个独特的设备特点，促成了它的优先选择地位。355华氏度和85磅/平方英寸的高温高压固化工具操作环境为聚合物基工具材料提供了挑战。在开发过程中，对真空完整性和尺寸稳定性的额外复合材料固化工具要求得到了验证。海军研究办公室指出。"复合材料制造是未来平台的一项战略技术，开发更具成本效益的模具解决方案，将大大有利于实施技术的实施。"

东部舰队战备中心向波音公司提供了一个用于生成复合材料固化工具的高轮廓模具线表面。该模具线的形状设计非常大胆，将延伸大型增材制造技术的工艺能力。但无支撑的3D打印角度限制角约为45度，模具线球形部分的制造成为最大的挑战。波音公司通过将3D打印平面旋转了35度，避开侵占构建角度的限制因素，成功应对了该挑战。

创新的构建平面方法也有效减少了模具线临时支持材料的需求。新的构建角度将测试大型增材制造机器的极限，这是以前从未探索过的领域。TechmerPM PESU CF 1810高温打印材料被用于复合材料固化工具。与ABS CF等低温材料相比，高温材料在打印过程中面临额外的挑战，所以在打印过程中增加了两个临时支持功能来补偿打印的重心移动。

在复合材料固化工具的打印过程中，大型增材制造机器的表现完美无缺。通过使用610磅的原材料，在7小时26分钟内就完成了工具的打印。利用大型增材制造龙门铣床在53小时内完成了加工。最后，在从珠光板上移开之前，还对工具的基准特征以及临时构件的移除进行了加工。Thermwood 大型增材制造机器提供了在单一平台上加工和3D打印的能力，且复合材料固化工具的模线部分表面达到了0.020英寸（+/-0.010英寸）的表面轮廓公差。

波音研究与技术部门（BR&T）实验室对大型增材制造复合材料固化工具进行了功能测试，以确保其达到真空完整性和尺寸稳定性要求。大型增材制造工具的性能符合预期并达到了所有要求。额外，一些复合材料部件也由该工具制造。实验室还就该工具在多个高压锅固化周期和复合材料部件制造中的耐用性，进行了评估。该工具在整个功能测试和复合材料部件制造过程中保持了尺寸稳定性和真空完整性。

复合材料固化工具是在Thermwood的大型增材制造1020机器上打印和数控加工的。与传统的工具制造方法相比，大型增材制造技术估计可节省50%的成本，并将工具制造周期缩短65%。成本节约和工具制造周期的缩短，可以为小批量或定制复合材料部件制造和维修的组织提供空间。

研发团队还对用大型增材制造工具制造的复合材料部件进行了工具无损检测（NDI）。检测结果显示没有任何孔隙。根据复合材料示范部件的形状复杂程度，通常还采用另外几种无损检测方式。在该部件在X射线和C-扫描结果中，也没有发现任何分层或缺陷。

Thermwood首席执行官Ken Susnjara表示：“像这样的合作有助于扩大大型增材制造技术的能力范围，解决任何单一实体都难以解决的现实世界挑战。额外的开发确实是扩大大型增材制造复合材料固化工具实施的关键，我们期待着未来的新挑战。”波音公司副技术研究员Michael Matlack评论说：“此次合作项目在验证增材制造作为生产低成本、高性能工具的可行方法方面提供了重大成果，而且比传统方法节省了大量时间。

本文由中国复合材料工业协会编译，文章不用于商业目的，仅供行业人士交流。转载请注明来自中国复合材料工业协会。