核心技术深度解析:1+1 > 2 的融合创新
AUTO-CF系列的颠覆性能力,源于其三大核心子系统的高度协同:
1. 独立双Z轴系统:从“交替”到“协同”的制造革命
- 双工位独立运作:两个运动轴完全独立,允许搭载功能迥异的打印头;
- 轴一(制造轴):可装配AFP(自动铺丝)打印头或ATL(自动铺带)打印头,专注于高性能连续碳纤维预浸丝/带的精准铺放与压实,实现复合材料的主承力结构制造;
- 轴二(功能轴):可装配多通道直写(DIW)打印头、激光固化模块、微点胶阀等,负责功能性材料(如导电银浆、导热陶瓷浆料、传感器材料、支撑材料)的精密沉积与即时固化;
- 多模态交替工作:在统一数控系统调度下,两大主轴可交替作业。例如,先由AFP轴铺放一层碳纤维骨架,随后由DIW轴在特定区域打印集成传感电路,再由AFP轴铺放下一层纤维进行覆盖封装,最终一站式制造出“结构-功能一体化”的智能复合材料构件;
2. 同轴打印模块:微观尺度的材料复合专家
“电线式”一步成型:该模块采用独特的同心套管设计,如同制造电线一般,可实现内芯与外皮的同步挤出与复合;
应用场景:在打印连续碳纤维时,可同步挤出专用的高分子胶黏剂或韧性树脂作为“鞘”,包裹碳纤维“芯”。这不仅能显著改善纤维与基体的界面结合,抑制分层,还能有效提升复合材料的冲击韧性和损伤容限;
功能拓展:此技术同样适用于制造中空血管化结构(牺牲材料为芯)、绝缘导电一体化纤维(导体为芯,绝缘聚合物为鞘)等,为仿生组织和柔性电子研究提供强大支持。
3. 多通道供料系统:宏观尺度的材料设计大师
多元材料矩阵:系统集成多个高精度供料通道,可同时搭载不同型号的碳纤维丝束(如T300,
T700, M40J)、不同体系的树脂基体(环氧、热塑性塑料等) 以及各种功能性浆料。
实现梯度与混杂复合:通过程序控制,可在打印过程中实时、动态地切换材料通道。这使得在单一构件内部实现材料比例的精准梯度变化或不同纤维/材料的混杂铺层成为可能,为研究“梯度复合材料”和“混杂效应”提供了前所未有的实验手段,助力开发性能可定制的新一代复合材料。
经典型科研应用场景
在经典科研领域的多元应用价值和创新潜力。
1.结构-功能一体化智能结构
一站式制造集承载、传感、驱动于一体的智能机翼、机器人构件。
2.高性能梯度复合材料
研究并制备成分/结构呈梯度变化的新型复合材料,优化应力分布,减轻重量。
3.仿生复合材料与组织支架
模拟天然生物材料的复杂多级结构,制造高性能仿生材料或血管化组织工程支架。
4.柔性电子与可穿戴设备
将刚性碳纤维与柔性电路、传感器集成,制造新一代高性能柔性器件。
航空航天与高端装备领域
此领域是AFP/ATL技术最经典的应用场景,侧重于极致轻量化和高性能。
1.无人机与小型航空器部件
利用该技术制造无人机机臂、机身框架、旋翼翼梁等主承力结构。通过精准的纤维路径铺放,在保证足够刚度和强度的前提下,实现大幅减重,显著提升飞行器的续航能力和载荷容量。
2.卫星轻量化结构
为卫星制造蜂窝夹层结构的面板、支撑桁架等。AFP/ATL 3D打印可以实现复杂曲面的一体化成型,减少机械连接件,提高结构可靠性和轻量化水平。
3.高性能机器人机械臂
用于工业机器人或协作机器人的轻质高刚性臂杆,减轻自重意味着更低的惯性和更高的运动速度与精度,同时保证其承载能力。
生物医疗与仿生工程领域
此领域充分利用了该技术的定制化能力和多材料兼容性。
1.个性化骨科植入物与修复支架
结合医学影像数据,为患者量身定制仿生骨支架。例如,使用连续碳纤维或高分子纤维构建高强度的力学支撑框架,模拟骨骼的力学性能,并利用其多孔结构促进骨细胞长入。
2.智能矫形支具与康复设备
制造轻便、透气、贴合体型的外部康复支具。通过纤维铺放优化特定方向的刚度,提供有效的支撑和保护,极大提升患者的舒适度和康复效果。
3.仿生结构与软体机器人驱动骨架
模仿自然界中生物的结构(如鸟类骨骼、植物茎秆),设计并制造具有各向异性力学性能的仿生结构。同时,可作为软体机器人的内置增强骨架,引导和限制其变形,实现复杂的运动模式。
交通运输与新能源领域
此领域关注结构的耐久性、功能集成和生产效率。
1.汽车轻量化部件:
用于制造概念车或高端赛车的非承重或次承重部件,如内饰加强架、电池箱盖板等。通过局部增强,在提升性能的同时实现轻量化目标。
2.新能源汽车电池包壳体
制造具有高比强度、高刚度和良好抗冲击性能的电池包上盖或托盘。连续纤维增强复合材料能提供出色的保护,并有助于减轻整车重量。
前沿科研与特种功能器件
森工科技多模态设备最具特色的科研应用场景,超越了传统制造范畴。
1.结构-功能一体化智能材料
这是多模态能力的核心体现。在打印过程中,AFP/ATL模块负责铺放连续纤维承力结构,而直写模块可同步嵌入导电材料、光学纤维或压电材料,直接制造出集承载、应变监测、数据传输、能量收集于一体的智能结构,为航空航天、重大装备的健康监测系统提供原型。
2.定制化力学性能测试样件
为复合材料力学研究快速制备非标准测试样件。可以精确控制样件中纤维的取向、铺层顺序和界面区域,用于系统研究这些参数对材料宏观力学性能(如断裂韧性、疲劳性能)的影响。
3.热管理与防护结构
通过选用特定纤维(如高导热碳纤维)和基体,设计并制造用于电子设备的高效散热器或热防护罩,满足特种环境下的应用需求。































