通知：连续纤维增强3D打印技术发明专利，正在许可授权

在传统制造业中，与金属材料相比，连续纤维增强高分子聚合物复合材料由于密度小、比强度高，已广泛应用于汽车、轨道交通及航空航天等需要重量轻而强度高的领域。在3D打印智能制造领域，也在沿着传统制造业材料的发展方向进行迭代，自2015年Markforged公司销售全球第一台商用（桌面级）连续纤维增强复合材料3D打印打印机以来，连续纤维增强3D打印技术逐渐成为3D打印领域的研发热点和重点。南极熊也曾做过多次相关报道。

上图数据来源：《连续纤维增强复合材料3D打印中国专利分析》，作者：宋聪雨、郑凯，《中国塑料》2021年4月第4期第35卷。

当前国内外对桌面级连续纤维增强复合材料3D打印研究较多，国内厂商也开始推出相应的商业化3D打印机，相对而言，国内对于中大型连续纤维增强复合材料3D打印设备的研究则少一些，目前尚未有商业化设备。

在科技部公布的“十四五”国家重点研发计划中，将“大幅面纤维增强热塑性复合材料增材制造技术与装备”纳入其中，并强调了“研制纤维增强热塑性复合材料多丝束挤出增材制造装备”。

为了助力连续纤维增强3D打印技术（尤其是中大型连续纤维增强3D打印技术和设备）向前迈进一小步，国内连续纤维增强3D打印技术发明专利的发明人（专利权人）意向将其发明专利实施对外授权许可，涉及的专利包括：
1，《一种熔融堆积 3D 打印机及其打印方法》，专利号：ZL 2014 1 0469682.0，申请日：2014年9月15日；
2，《一种连续长纤维复合熔融堆积的3D打印机》，专利号：ZL 2015 2 0025281.6，申请日：2015年1月14日。

增材制造（3D打印）技术经过三十多年的发展，很多人对于3D打印已经耳熟能详，3D打印在快速模型、个性化定制、零部件整合重构等方面有着越来越多的应用。
目前市场上销售的各种技术类型的3D打印设备中，销售数量占比最大的是熔融沉积类（简称FDM，挤出类3D打印）技术，由于其工作原理相对简单、生产成本较低，设备操作也相对简单，对生产环境没有苛刻的要求，材料的配套也相对成熟等等，使其成为受众数量最大的一种3D打印技术。

常规的高分子材料3D打印技术中，与传统的模塑加工相比，无论是FDM（FFF）、SLS、SLA/DLP，材料无论是热塑性材料或是光敏树脂，打印的产品机械强度相对低一些，经常无法作为终端零部件直接使用，因此限制了3D打印技术在一些工业应用场景上的使用。

为了提高高分子材料3D打印产品的机械强度，扩大其使用场景，使用纤维增强复合材料进行3D打印是一种行之有效的路径。常见的增强纤维种类主要有：碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、金属纤维等。而纤维的形式则有短纤维和连续纤维两种。打个比方，类比钢筋混凝土结构，高分子材料是“混凝土”，连续纤维可类比为长钢筋，短纤维可类比为钢钉。“钢钉”（短纤维）的长径比较小，对“混凝土”（高分子材料）的增强作用远不如“长钢筋”（连续纤维）。相对于短纤维增强，连续纤维增强对产品机械强度有着数倍甚至数十倍的提升，尤其是在拉伸强度和抗冲击强度方面，当连续纤维如碳纤维达到一定的百分比含量时其强度可以超过铝合金。

虽然连续纤维增强3D打印的产品在机械强度上仍不及传统连续纤维模塑方式（缠绕、模压等）所成型的产品，但3D打印有着独特的优势，3D打印不需要模具，可快速成型，更关键的是3D打印的产品设计自由度比传统的模塑方式有着大幅度的提升，能快速成型结构复杂的产品。

△ZL 2014 1 0469682.0技术原理图

△ZL 2015 2 0025281.6技术原理图

本次拟对外授权许可的连续纤维增强3D打印发明专利（以下简称本专利），在技术方案上有如下特点和优点：

1，“一步法”工艺方法
被3D打印行业人士所熟知的Markforged公司的桌面级连续纤维增强3D打印机，有两个打印头，一个打印非增强材料或短纤维增强材料（线材），另一个打印连续纤维增强复合线材，我们姑且称之为“两步法”工艺。
而本专利方法，在同一个打印头同一次打印行程中既可打印非增强材料（或短纤维增强材料），也可打印连续纤维增强复合材料，而无需切换打印头，我们称之为“一步法”。

2，使用塑料颗粒
本专利的连续纤维增强3D打印技术，可直接使用市面上标准化的塑料颗粒，无需像FFF工艺那样先将塑料颗粒挤出成线材再打印，材料成本更低，选择面更广。

3，基于成熟的螺杆式挤出技术
本专利使用的是螺杆挤出技术，目前在塑机领域（注塑机、挤出机），螺杆的设计和制造技术已相当成熟。

4，连续纤维主动进料
本专利技术方案中，连续纤维采用“推进式”主动进料方式，而非“牵拉式”的被动进料方式，可有效提高打印速度及打印的可靠性。

5，连续纤维可定长主动切断
本专利技术方案中，连续纤维可定长切断，这有利于提高连续纤维增强的路径规划的灵活性。

在终端产品应用方面，在航空航天、轨道交通、汽车（尤其是新能源汽车）等领域存在着大量的轻量化需求，如中大型的无人机、飞行汽车，飞机上的座椅支架（目前为铝合金材料）等。

曾经广受媒体报道的由Local Motors公司生产的3D打印汽车Strati，号称是第一辆真正上路、而且接受媒体试驾的3D打印汽车产品，采用的是大幅面3D打印机，使用的材料是短碳纤维增强ABS塑料颗粒。由于是短纤维增强，其机械强度还是有一定的局限性。试想一下，如果连续碳纤维增强来进行车身框架3D打印，其车身强度也许会有数倍的提升，而成本可能只会小幅度增加，如果使用连续玻璃纤维增强3D打印，则会有更高的经济性。

△图片来源网络

本专利的连续纤维增强3D打印技术，更适合应用于中大型的连续纤维增强3D打印设备。

如对本专利感兴趣，有意向获取授权许可的，欢迎联系本专利的发明人（专利权人）余金文 18675949495。