根據3D科學谷的市場觀察，複合材料的3D列印已經驗證其發展三大趨勢。一是我們將繼續看到流程和系統的工業化，硬體與軟體發展的結合將更加支持大批量生產。二是對系統進行更多的傳感控制，以實現實時過程控制-熱，尺寸和光學傳感可提高過程公差。三是用於提高3D列印操作效率的新軟體（例如，預處理工作流程，作業管理等）更加成熟，從而更深入的用於多材料零件的新設計和仿真。
連續纖維3D列印已經成為一種不可小覷的3D列印新勢力，下一步是發現更多的市場應用點，一點帶面，開啟該技術改變製造格局的新篇章。本期，3D科學谷與谷友一起洞悉碳纖維3D列印產業化應用近況及融資進展。
空客3D列印碳纖維零件
© ARRIS
輕量化的碳纖維
© 3D科學谷白皮書
碳纖維3D列印的最新進展
I ARRIS
ARRIS 成立於 2017 年，近日ARRIS完成了8850萬美金的C輪融資，迄今為止，ARRIS 已經籌集了 1.47 億美元，逼近成為獨角獸企業。其中包括來自全球製造領域的戰略投資者的支持，例如 Standard Industries、Chuo Malleable Iron 和一家未公開的可攜式電子公司以及博世。
ARRIS融資
© Crunchbase
ARRIS 率先開發了獲得專利的端到端自動化製造技術，該技術結合了先進複合材料、增材製造和大批量製造方法的優點，以實現以前在大規模生產的產品中無法實現的設計自由度。Arris 公司通過其專有的Additive Molding™ 製造技術，將增材製造工藝與模具工藝相結合，實現了高強度和輕量化複合零件的批量生產。這種新工藝以與塑料成型產品相同的速度生產高級碳纖維材料。
最新的進展是2020 年，ARRIS 擴大了其在加利福尼亞州伯克利的研發設施，包括一個專門為客戶和美國生產能力的新產品介紹中心。ARRIS 台灣生產工廠於 2020 年破土動工，可為需要在海外進行產品組裝的主要可攜式電子產品客戶提供服務。
Arris的工藝還可以用於創建複雜的無人機底盤，增塑成型不僅增加了強度並節省了重量，同時又將多個零件合併為一件，還具有能夠嵌入電路的優勢。在這種情況下，將天線放入底盤成型件可以提高接收效果。
領先的無人機 (UAV) 製造商 Skydio 宣布在其 Skydio X2 無人機中使用 ARRIS 的碳纖維3D列印部件。ARRIS 的零件使 Skydio 能夠減輕重量，從而提高其高性能無人機的速度和航程。
美國陸軍作戰能力發展司令部地面車輛系統中心宣布與 ARRIS 建立合作夥伴關係，以展示通過部件整合、拓撲優化和對齊的連續碳纖維複合材料結構顯著減輕車輛重量。
航空航天應用是當今碳纖維零件的主要市場，因此這是ARRIS產品的自然市場。根據3D科學谷的了解，舉例來說通過碳纖維零件替代航空航天鈦支架的情況下，碳纖維部件的重量減輕了78％。
ARRIS宣布與全球商用飛機製造商空中巴士Airbus公司開展一項研究項目，重點是生產機艙支架。該項目旨在通過利用包括複合材料在內的創新製造方法和材料來顯著減少航空排放。用 ARRIS 的連續纖維複合材料部件代替金屬支架可以減輕超過 75% 的重量，從而顯著節省燃料。
ARRIS還瞄準了消費電子市場，希望能夠提供諸如智慧型手機外殼之類的零件。因為這些部件更薄、更輕，並且通過3D列印能夠將一些電線直接封裝到外殼中，從而可以減少最終手機的厚度。通過3D列印，零件被削減到最低限度，消費電子公司重視輕薄性而不是強度，因此最終產品的剛度可與將要替換的塑料或鋁製零件相媲美即可。
I AREVO
增材製造複合材料公司AREVO已經完成了據報導當前世界上最大的連續碳纖維複合材料增材製造工廠的建設。位於越南的該設施配備了該公司70台貨櫃大小的 Aqua 2 3D 印表機，幫助 AREVO 3D 列印自行車、電動自行車、電動滑板車和其他消費產品的連續複合材料部件。
AREVO以其連續碳纖維3D列印技術而聞名，於2014年在矽谷成立。該公司最初發布了一系列聲稱比鈦強 5 倍的 FFF/FDM 複合材料，此後開發了先進的 3D 列印軟體和系統組合。2015 年，AREVO 基於其有限元分析刀具路徑優化程序創建了可擴展的基於機器人的增材製造 (RAM) 平台，以優化 3D 列印零件的強度和外觀。
為了提高用於熔融擠出方式製造的3D列印材料的性能，Arevo Labs將碳納米管或其他納米材料作為母料，實施配混，熔融混合，旋轉（干法、濕法和噴射），溶液處理/或原位聚合技術進行加工，從而帶來均勻且光滑的表面光潔度。
AREVO的連續碳纖維技術受到80多項專利的保護。過去，該技術已被用於加利福尼亞製造商 Franco Bicycles 的 3D 列印自行車車架，以縮短交貨時間，並用於加利福尼亞初創公司 Superstrata 即將推出的電動自行車，以消除對膠合或焊接的需要。
3D列印碳纖維結構自行車
© AREVO
今年早些時候，AREVO 與屢獲殊榮的創意工作室 Branch Creative 合作設計和列印了「蘇格蘭人」電動滑板車，它採用統一的碳纖維複合材料車架、車把和把立。
3D列印滑板車
© AREVO
資本方面AREVO 多年來獲得了眾多投資者的支持，在 2016 年籌集了 700 萬美元以擴大其業務並開始開發用於生產應用的堅固、輕質部件。後來，在 2018 年，該公司完成了 1250 萬美元的 B 輪融資，以支持其正在進行的研發工作。該公司在推出 Aqua 2 3D 印表機的同時又完成了 2500 萬美元的融資，用於進一步開發其碳纖維 3D 列印技術。
AREVO融資
© Crunchbase
AREVO 的最新一輪的2500萬美金融資使其籌集的資金總額達到 8500 萬美元。
汽車領域的碳纖維3D列印應用展望
根據3D科學谷，汽車領域對於碳纖維複合材料3D列印最早的機會可能會落在諸如擾流板、方向盤或門把手之類的零件上，再逐漸走向取代大型結構部件的發展方向。
在3D科學谷看來，列印技術與材料的配合或將推動碳纖維材料在汽車領域的應用，尤其是新能源汽車的應用，因為輕量化是新能源汽車的一大需求。
正在擴大的碳纖維在汽車領域的應用
© 3D科學谷白皮書
根據工信部委託汽車工程學會編寫的《節能與新能源汽車技術路線圖》指出汽車輕量化近期優先發展高強度鋼與鋁合金，中長期發展鎂合金和碳纖維複合材料的技術路線。
根據中銀國際，自問世以來，碳纖維材料便以卓越的性能吸引了無數車企的注意力，車企紛紛研究如何利用碳纖維進行車輛減重，但大多集中在小批量研發試驗。成功應用碳纖維的車企例如寶馬將碳纖維用於大批量生產，寶馬將碳纖維用於汽車製造的主要成功之處有三點：成本、工藝和模式。
碳纖維性能卓越，但因為價格過高，在汽車製造領域難以獲得大規模應用，但是寶馬成功的突破了碳纖維價格高的局限，主要從幾個方面突破。由於使用了更少的模具和更簡單的組裝工序，使用碳纖維的汽車在製造成本上比使用鋼鐵可以減小約80%。這樣通過製造成本上的節約來抵消碳纖維材料價格的高昂。根據3D科學谷的市場觀察，3D列印進一步帶來了無需模具、結構一體化、拓撲優化的輕量化結構，這或將使得碳纖維在汽車製造領域的優勢更近一步。
此外，考慮到碳纖維帶來的減重收益，還可以在新能源汽車製造的初期減少對電池數量的需求，通過電池成本的減少，進一步抵消碳纖維原材料高昂價格的局限。考慮到一輛汽車的行駛壽命，碳纖維帶來的減重效果還可以進一步減少對燃油和電能的消耗，從車輛的全生命周期角度考慮，碳纖維將更具競爭力，也將會得到更廣泛的應用。
國內，根據工信部，2021年，中國新能源汽車銷售完成352.1萬輛，同比增長1.6倍，連續7年位居全球第一，而在工信部關於新能源汽車和智能汽車2025發展目標中，整車輕量化也是重要的發展方向之一。3D科學谷認為3D列印碳纖維在汽車製造方面的應用指日可待！
知之既深，行之則遠。基於全球範圍內精湛的製造業專家智囊網絡，3D科學谷為業界提供全球視角的增材與智能製造深度觀察。有關增材製造領域的更多分析，請關注3D科學谷發布的白皮書系列。
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