从事结构件无人机机身开发的多数增材制造工程师都遇到过一种熟悉的限制。惠普的 Jet Fusion 1200可以生产尺寸精度良好的复杂 PA12 几何结构，但对于需要承受循环载荷、或在增重受限的情况下吸收冲击的零件，基础聚合物的力学性能不一定总能满足高性能应用的要求。国防、航空航天、工业无人机 —— 这种矛盾最常显现的应用场景，恰恰是那些不允许失败的领域。
（图注）HP 多射流熔融系统正在生产用于打印后 CFIP 强化的 PA12 零件。图片来源：Impac Systems Engineering。
传统应对方案不外乎更换材料、重新设计零件，或退回传统的复合材料铺层工艺 —— 这些都会增加成本、时间，或两者兼而有之。西班牙公司 Reinforce3D一直在探索一条不同的路径，这条路径正在北美逐步获得关注。其技术名为连续纤维注入工艺（CFIP），核心理念十分直白 —— 尽管背后的工程并不简单。CFIP 在零件下机后对其进行强化，完全不改动打印工艺本身。连续纤维束通过从一开始就设计在零件几何中的内部通道注入。纤维沿部件的载荷路径分布，精准强化应力集中的区域。这是一个叠加在现有生产流程之上的后处理步骤。Reinforce3D 还提供 Design Checker 软件工具，用于在零件打印前规划并验证纤维路径，帮助工程师在投入生产前确认强化通道是否沿正确的载荷路径布置。
（图注）CFIP 强化后的 VTOL 无人机机身内部的纤维走向。图片来源：Impac Systems Engineering。
强化零件，无需更换 3D 打印机
对于使用 HP 工业线材 3D 打印机 600 HT的车间而言，CFIP 的意义在于它被设计为对现有制造流程的补充。该技术被描述为兼容 3D 打印件和机加工件，其提供的案例研究展示了它在标准 FFF 3D 打印机上的应用。与任何后处理集成一样，它与具体生产配置的契合度值得按应用逐一验证。对于已经投资 HP 硬件并围绕其建立工作流程的制造商来说，这一点尤为重要 —— 你是在产线上增加一步，而不是替换一步。该技术最具体的实践案例来自 Reinforce3D 记录的一个近期 VTOL 无人机项目。机身分段在标准 FFF 打印机上打印，随后用 CFIP 强化并连接。机翼、起落架和尾翼组件都接受了针对性的纤维强化。
（图注）CFIP 强化并组装完成后的 VTOL 无人机。图片来源：Impac Systems Engineering。
如果采用 MJF 或 SLS 工艺制造，该无人机的 PA12 版本预计重约 330 克，而 PETG 版本则为 430 克。该项目还报告称，PA12 版本的整机重量可低至 820 克，有效载荷能力最高达 600 克。产能数字同样值得关注。每架无人机的强化耗时约 50 分钟，一套由三台 FFF 打印机配一台 CFIP Delta组成的配置，每 8 小时可产出一架组装完成的无人机。值得一提，CFIP 并非一夜之间出现。Reinforce3D 花了近十年时间（2013 年至 2021 年）开发该技术并锁定专利，之后才成立公司并于 2022 年开始工业演示。首批客户安装于 2024 年落地。
（图注）CFIP 强化零件内部通道中连续纤维束走向的特写渲染图。图片来源：Impac Systems Engineering。
CFIP 进入北美市场
对于有意评估该技术的北美制造商，入口是 Impac Systems。这家总部位于得克萨斯州坦普尔的公司是 Reinforce3D 在美国和加拿大的独家分销商。Impac 拥有超过 40 年的增材制造与工业工程经验，并已在总部安装了 CFIP Delta 系统。潜在客户可联系 Impac 安排演示并探讨潜在应用。从更宏观的视角看，这是增材制造领域酝酿已久的一个转变。大多数车间多年前就解决了几何难题，真正让从业者头疼的是让打印件真正达到其所替代部件的性能水平。像 CFIP 这样的技术并非在所有情况下都能解决这一问题，但对于沿载荷路径进行连续纤维强化具有工程意义的应用而言，它提供了一条无需制造商从头开始的路径。
来源：中国3D打印网编译文章！
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