【據復合材料世界網站2020年4月17日報道】荷蘭Brightlands材料中心開發了具有自感知功能的3D打印復合材料零件，這種自感知材料為監視航空航天、建筑和醫療保健等領域的關鍵結構狀態創造了條件。

什么是自感知(self-sensing)？

自感知是材料充當傳感器并收集其自身狀況信息的能力。碳纖維增強的聚合物基復合材料可根據其連續纖維電阻可測量變化提供自感應功能。目前這類材料正在研發過程中，并正在驗證其在飛機和建筑領域(包括橋梁和建筑物)提供結構健康監測(SHM)的能力。

從傳統材料角度看，這種具備自感知能力的復合材料在制造過程將涉及多個階段，需要更復雜的操作和專用技術制造完成。Brightlands材料中心正在將連續碳纖維的自感知能力與增材制造技術相結合，使得SHM應用更具成本效益，從而能夠更廣泛地使用并擴展到新的應用中。

連續纖維3D打印技術創造了新視界

增材制造技術可以非常精確地定位和定向連續碳纖維。因此，可以將纖維放置在產品內部的選定方向和位置，使其沿著指定載荷路徑提供所需強度和剛度，形成內部結構的組成部分。這意味著碳纖維被安置在需要其發揮監測結構“傳感器”作為的位置中，多條纖維可以在整個零部件中形成一系列傳感器。

Brightlands材料中心利用一款人行復合材料橋的縮比模型和簡單彎曲梁，通過監控其結構的變形情況來證明了這一設計概念。兩者均使用啦盧森堡Anisoprint公司的Composer A4復合材料3D打印機進行制造。Brightlands材料中心的研究工程師Guy Bex表示，對于全新的Anisoprint公司系統非常滿意，這種3D打印機在選擇打印材料和完全控制纖維沉積方面，提供了極高的自由度。纖維定位的自由度對于感知至關重要，因為連續的碳纖維必須從零件中外延才能與用于監控的電子硬件相連。

更精確的3D打印成果

由于3D打印不再需要工具或模具，因此它提供了一步制造方法來生產任何形狀的連續纖維增強復合材料，從而取代了更復雜、耗時且昂貴的傳統多步制造技術。但是，優化3D打印結構的制造過程可能需要經過多次迭代。具有自感知能力的3D打印復合材料可以收集有關其實際使用情況的信息，這對于新產品的設計和原型件測試階段十分重要。

在此類測試過程中，自感知3D打印部件會實時記錄狀態及使用過程中承受的作用力，這使設計人員和工程師可以更精確地了解3D打印部件在使用過程中必須滿足的實際要求。

這種感知還可以使部件充當診斷工具。例如，3D打印的自感知矯形器或假體部件可能會收集患者的活動信息，并向醫生提供有關患者身體壓力分布和行為運動方式等有價值的信息。

研究伙伴

Brightlands材料中心是由荷蘭應用科學研究組織TNO(海牙)和林堡省共同建立的獨立研究中心。它以強大的應用聚焦能力為工業創新提供支持，并從事和參與眾多專項研究工作，其中包括有關3D打印自感知復合材料的研究路線圖。

Anisoprint公司則是Anisoprinting技術的發明者，該技術通過連續纖維3D沉積設計和生產最佳復合材料結構。該公司提供3D打印機、材料(基于碳纖維和玄武巖纖維)和用于生產復合材料零部件的軟件，幫助科學家以全新的、更有效的方式解決研究問題，并使降低生產成本。