近期，南京理工大学智能制造学院汤海斌课题组，基于华曙高科开源、超高温高分子增材制造设备UT252P，自主研发的碳纤维增强PEEK（CF/PEEK）复合材料SLS制备工艺研究项目，取得重要成果。
相关成果以论文《Effect of fabrication process on the microstructure and mechanical performance of carbon fiber reinforced PEEK composites via selective laser sintering》为题，发表于国际著名期刊《Composites Science and Technology 246 (2024) 110396》，署名作者为Shuxiang Zhang, Haibin Tang, Danna Tang, Tingting Liu, Wenhe Liao。
课题组在国际期刊上发表的论文
https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2023.110396
为了进一步提高采用SLS技术3D打印CF/PEEK复合材料的性能，汤海斌课题组开发了CF/PEEK复合粉末材料，并开发出不同的3D打印工艺参数，研究了激光功率、层厚、铺粉速度、碳纤维重量分数、微观结构下的碳纤维长度、铺粉方向对制件的机械性能的影响。研究成果表明：在采用0.08 mm层厚的工艺参数下，破坏强度高达117 MPa。
此外，研究表明：15%的碳纤维重量分数适合SLS技术3D打印CF/PEEK复合材料，最大破坏强度优于碳纤维重量分数为10%的打印结果，平均弹性模量达到8400 MPa，是已发表论文中最好的。研究还发现破坏强度与铺粉速度是不相关的，使用长度较长的碳纤维时取得的强度更高。与破坏强度的明显变化趋势不同，SLS-CF/PEEK的弹性模量敏感性要小得多。
解决高熔点材料成形难题
华曙高科UT252P 3D打印设备于2023年9月正式面市，目前已实现多台销售装机。对于科研型用户而言，可成形材料种类、工艺参数的丰富性和开放性、关键参数的实时监控、设备开机成本及稳定性等都是其科研应用中需要重点考虑的因素。
汤海斌教授表示：“科研与其他行业不同，我们需要进行反复测试，通过不断调整和优化烧结参数，以获得最佳效果，并测试材料的耐热性、强度及韧度等，华曙UT252P系统开源，给予了我们很大便利。同时，UT252P设备具备烧结350℃熔点材料的能力，具有良好的稳定性与易操作性，也为CF/PEEK复合材料工艺的开发提供了重要保障。”
南京理工大学智能制造学院内的华曙高科UT252P设备
烧结超高温材料对3D打印设备的温场控制要求极高，目前，全球能成熟烧结超高温材料的3D打印设备屈指可数。华曙高科UT252P设备采用自主研发的8区温控技术，温场均匀性优异，有利于表面质量及性能控制；UT252P采用滚筒铺粉，对粉末流动性要求低，适应材料更广泛，不仅降低材料研发难度，还能降低翘曲概率，提高打印质量和成功率。
碳纤维增强PEEK复合材料应用前景
纯PEEK本身是一种特殊的工程塑料，具有抗辐射、自润滑、耐高温、耐磨损、抗疲劳等特点，经过碳纤维增强的CF/PEEK材料性能比纯PEEK材料在诸多方面都有提升，其应用前景广阔：
- 航空航天：CF/PEEK材料具有低密度及良好的加工性等优势，适合高标准航空航天部件；
- 电子电器：在高温、高压和高湿度等恶劣环境下能保持良好的电绝缘性，且不易变形；
- 汽车：密度小、性能良好、工艺方便，适合轻量化汽车部件；
- 医疗：具备良好生物相容性、高强度和射线可透过性，可用于制造骨科植入物，脊柱融合器、椎体间融合装置和骨固定板等。
华曙高科表示，未来将携手更多高校科研用户，发挥增材制造技术优势，合力推进新材料、新工艺、新应用的创新探索，为我国科研事业添砖加瓦。
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