Institutet för industriella nya material (Dezhou) grundades i januari 2021 och är dedikerade till att forska, utveckla och kommersialisera teknik relaterade till marina kompositmaterial, 5G-kommunikationskompositer, avancerade komposittillverkningsprocesser och avancerad utrustning. Som en provinsiell "FoU-institution i ny stil" i Kina samarbetar institutet med INTAMSYS för att gå i spetsen för två initiativ för att tillämpa 3D-utskriftsteknologi för att utveckla och implementera kompositprodukter.

Att utveckla insugningsgrenrör för en specifik flygplansmotor var ett betydande projekt vid institutet. Insugningsgrenrör, kritiska komponenter i motorsystem, påverkar direkt motorns totala prestanda. Deras komplexa struktur har dock inneburit utmaningar under utvecklingen, såsom svårigheter att tillverka formar, höga kostnader och den tidskrävande vibrationssvetsprocessen. Detta har lett till längre ledtider och minskad effektivitet i produktutvecklingen.

För att möta dessa utmaningar inledde institutet sitt första försök att direkt producera insugningsgrenrör med FFF 3D-utskriftsteknik. Efter att noggrant undersöka och utvärdera olika märken av FFF 3D-skrivare baserat på materialprestanda, utrustningskapacitet och servicestöd, valde institutet FUNMAT PRO 610HT 3D-skrivaren från INTAMSYS och PEEK-CF kompositmaterial för produktutveckling och applikation.

Som en högpresterande FFF-utskriftsutrustning är FUNMAT PRO 610HT huvudsakligen designad för utskrift av termoplastiska material med hög temperatur som PEEK, ULTEM och PPSU. Den kan hantera ett brett utbud av termoplastiska material som finns på marknaden, inklusive specialanpassade. Dess konstanttemperaturkammare säkerställer utmärkt prestanda vid utskrift av högpresterande material. Med duellmunstyckes uppvärmningstemperatur på upp till 500°C och en kammartemperatur på 300°C kan den skriva ut högtemperaturmaterial utan förvrängning, vilket säkerställer omslagsfri utskrift samtidigt som den effektivt smälter de flesta termoplaster.

Den slutliga 3D-utskrivna komponenten mäter 218,4×216,4×95,4 mm. Utvecklad gemensamt av experter från institutet och ingenjörer från INTAMSYS, designen optimerades för tillverkning (DfAM), och tryckprocesserna justerades för följande förbättringar:

• Minskad vikt med 30 %: Med den tunnaste väggen på den tryckta produkten som endast mäter 1,7 mm, jämfört med cirka 3 mm för traditionella formsprutade insugningsgrenrörsprodukter, reduceras flygplanets vikt avsevärt.
• Måttnoggrannhet: Delarnas dimensioner är noggrant kontrollerade inom ±0,2 mm, vilket säkerställer korrekt installation av insugningsröret.
• Förbättrad mekanisk styrka med 30 %: Produkten uppvisar en mekanisk hållfasthet på 100 MPa, vilket överstiger den för traditionella formsprutade PA66-GF-produkter med över 30 %.
• Högtemperaturbeständighet: Kan motstå långtidstemperaturer på upp till 114°C, produktens mångsidighet utökas kraftigt för olika applikationer.

När man överväger tillverkningseffektivitet, om denna del tillverkades med traditionella formsprutningsprocesser, skulle det kräva verktygskostnader på cirka $27803, med en 45-dagars ledtid för verktyg. Men med 3D-utskriftsteknik kan produkten sömlöst tillverkas som en enda integrerad del, vilket minskar kostnaderna till endast en tiondel av traditionella metoder och förkortar produktionstiden till bara 4-7 dagar.

Förutom att direkt tillverka kompositmaterialkomponenter, låser blandning av 3D-utskrift med traditionella tekniker upp lösningar för utmaningar som konventionella metoder kämpar med, vilket säkerställer optimal prestanda, kostnadseffektivitet och tidsbesparande fördelar. Med denna innovativa strategi i åtanke, samarbetade institutet med ett ledande inhemskt universitet för att utveckla en robotstyrd kompositmaterialmanipulatorarm.

Ursprungligen användes FUNMAT PRO 610HT 3D-skrivaren för att sömlöst producera den interna stödstrukturen på manipulatorarmen med PEEK-CF-material. Denna komponent är känd för sin stora storlek, böjda ytor, höga styvhet-till-vikt-förhållande och exceptionella specifika styrka. Dessa egenskaper visar utskriftsutrustningens förmåga att skapa komplexa högpresterande delar. Därefter tillämpade institutet en förimpregnerad uppläggningsmetod för att omsluta kolfiber runt den 3D-printade strukturen. Detta tillvägagångssätt gav en lätt, robust manipulatorarm av kompositmaterial snabbt och överkomligt, som kringgick behovet av formverktyg samtidigt som den uppnådde en strukturell styrka jämförbar med aluminiumlegeringar.