华曙高科助力南理工碳纤维增强PEEK增材制造工艺研究获重要成果

来源：华曙高科

近期，在国家自然科学基金(52305382) 支持下，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》（影响因子9.1，https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2023.110396），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

此项研究成果表明：

采用选择性激光烧结（SLS）技术打印碳纤维增强PEEK（CF/PEEK）复合材料，生产具有优异机械性能的高分子部件，是一项非常有前景的技术。

为了进一步提高采用SLS技术打印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。

UT252P解决高熔点材料成形难题

华曙高科UT252P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

烧结超高温尼龙材料对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尼龙材料的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复合材料应用前景广阔

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。

未来，华曙高科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。