本田公司妙用紙張3D列印技術製造碳纖維複合零部件

汽車工業的快速發展，給人們帶來交通便利的同時也面臨著環境污染和能源緊缺等問題，這些問題使汽車的節能減排工作迫在眉睫。汽車輕量化是節能減排的手段之一，而實現汽車輕量化主要有兩種途徑，一種是對汽車零部件進行結構設計優化，另一種則是通過輕質高強度的材料替代傳統材料，碳纖維複合材料就是一種高強度的輕量化材料，近年來在汽車應用中得到了快速發展。

傳統的碳纖維鋪設方法對人工的依賴度較高，並且成本高，3D列印技術可以以一種自動化的方式製造複雜的幾何形狀和短期需求的碳纖維零部件。目前可以列印碳纖維複合材料3D列印的廠商在全球範圍內來看包括Markforged、Orbital Composites、Arevo Labs、Impossible Object等直接進行碳纖維複合材料3D列印的企業。除了這些直接進行碳纖維複合材料3D列印的技術，有的3D列印技術可以用於製造碳纖維複合材料的模具，與成型工藝結合在一起快速製造碳纖維複合零部件，本田集團正是使用後者進行碳纖維複合零部件的快速製造。

紙張也變得「堅韌」

本田集團使用的3D列印技術是愛爾蘭Mcor Technologies公司的McorARKe 3D印表機，該設備採用選擇性地沉積（SDL）紙張3D列印技術，我們首先來簡單的了解一下McorARKe 3D印表機的工作流程：

圖片來源： Mcor Technologies

-對3D模型進行切片

-紙張被送入列印室之後，粘結劑將按照3D模型的形狀沉積下來

-印表機載入新的紙張，印表機中的加熱板對紙張施加壓力，促進粘合劑將兩層紙張粘合在一起

-硬質合金刀片對紙張進行裁切

-重複以上步驟，直到3D模型的每一層都完成列印

圖片來源： Mcor Technologies

通過Mcor Technologies 研發的彩色墨水，McorARKe 3D印表機還可以實現彩色3D列印功能。由於列印材料是普通的辦公用紙和環保的粘合劑，列印成本低，列印出的模型細節精良，McorARKe 3D印表機已被汽車製造用戶用於產品的設計驗證和快速原型。不過本田通過McorARKe 3D印表機製造碳纖維複合零部件的模具，讓這種紙張3D列印技術的應用超越了原型，走向產品的快速製造領域。

通常進行碳纖維複合零部件製造的方法是，首先使用數控機床切削出零件的金屬模具，將碳纖維材料坯料被鋪疊在附有脫模劑的模具表面，然後經過多孔防粘布(膜)、吸膠氈、透氣氈覆蓋等處理步驟之後放在熱壓罐內，在一定溫度和壓力下完成固化過程。

金屬模具的製造周期較長，成本較高。基於這一點，本田開始藉助SDL 紙張3D列印技術這種成本低、生產周期短的技術製造碳纖維複合零部件的模具。那麼，這些由柔軟的紙張製造的模具是否能夠經受住後續碳纖維複合材料成型工藝的考驗呢？

圖片來源： Mcor Technologies

本田與Mcor Technologies公司進行了一年的探索，結果表明列印紙張在經過逐層粘合和壓縮之後變得非常堅固，與單張紙張具有完全不同的力學屬性，同時由於紙張屬於非晶體材料，不會像塑料那樣預高溫後發生熔化，所以紙張3D列印的模具可以長時間處於高溫和壓力環境下而不發生變形。在探索實踐中，紙張3D列印模具在碳纖維材料成型工藝中所處的環境是135°C 高溫和50萬帕壓力。

由於印表機的硬質合金刀片在列印過程中對每一層的列印形狀進行了精確的切割，紙張3D列印模具具有高尺寸精度，這也將為最終的碳纖維零部件帶來較高的尺寸精度。為方便成型後的零部件進行脫模，可以在紙張3D列印模具的表面塗覆脫模劑量。由於紙張模具在這些工藝中發生的改變較小，如有必要的話模具可被重複利用。

各位谷友，你怎樣看待這種通過3D列印的模具來製造碳纖維複合零部件的工藝？ 這種間接的方式和直接進行碳纖維零部件3D列印技術各具有什麼優勢？歡迎在文後進行評論，把你的觀點分享給我們。

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