自2024年起，南京理工大学智能制造学院汤海斌课题组，依托华曙高科自主研发的开源超高温高分子增材制造设备UT252P，在高性能聚合物材料增材制造领域持续深耕，取得多项重要科研进展。值得一提的是，这套设备自投入使用尚不足两年，已高效助力课题组在该领域相继突破多项关键技术瓶颈，展现出国产高端增材制造装备对前沿研究的高效赋能。

　　聚醚醚酮（PEEK）是一种高性能工程塑料，因其卓越的机械性能、耐极端温度的耐久性以及抗辐射特性，被广泛应用于航空航天、医疗器械等领域。与传统的聚合物材料相比，PEEK材料在承载能力和环境适应性方面具有显著优势。然而，PEEK的加工难度较大，尤其是在选择性激光烧结（SLS）过程中，面临着粉末流动性差、界面粘结不良等问题，这给高性能复合材料的制备带来了挑战。

　　汤海斌课题组持续深化研究，围绕高性能PEEK复合材料增材制造的关键工艺与技术问题展开攻关，陆续取得多项重要成果——

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　　此项研究成果表明：采用选择性激光烧结（SLS）技术打印碳纤维增强PEEK（CF/PEEK）复合材料，生产具有优异机械性能的高分子部件，是一项非常有前景的技术。

　　为了进一步提高采用SLS技术打印CF/PEEK复合材料的性能，汤海斌课题组开发了CF/PEEK复合粉末材料，并开发出不同的打印工艺参数，研究了激光功率、层厚、铺粉速度、碳纤维重量分数、微观结构下的碳纤维长度、铺粉方向对制件的机械性能的影响。研究成果表明：在采用0.08 mm层厚的工艺参数下，破坏强度高达117 MPa。

　　高性能碳纤维增强PEEK复合材料的LPBF工艺设计与正交各向异性行为分析

　　文章介绍了LPBF技术在高性能和高精度零部件制造中的重要性，以及PEEK基复合材料作为关键材料的优势。针对碳纤维增强PEEK复合材料（CF/PEEK），研究了其工艺参数优化、纳米级SiO2流化剂含量对粉末流动性和机械性能的影响。通过优化工艺参数，研究团队成功3D打印出具有142 MPa极限抗拉强度和11.3 GPa模量的LPBF-CF/PEEK复合材料。

　　2024年10月，汤海斌课题组联合上海交通大学及新加坡国立大学，依托华曙高科UT252P超高温高分子增材制造设备，在玻璃纤维增强PEEK复合材料的SLS技术领域取得重大突破。研究团队设计了一种新型玻璃纤维/PEEK混合粉末体系，通过预热和表面处理玻璃纤维（采用KH550硅烷偶联剂和磺化PEEK改性），显著提升了纤维与基体的界面结合强度。

　　同时，引入纳米级SiO 流动剂（重量分数0.5%）优化粉末流动性，解决了SLS过程中粉末流动性差和界面粘结不良的挑战。这一创新方法不仅确保了高质量的3D打印效果，还为高性能复合材料的制备提供了新思路，相关成果发表于国际顶刊《Composites Part A》。

　　通过优化SLS工艺参数（包括激光功率10.8W、扫描速度3000mm/s、层厚0.08mm），团队成功实现了30%纤维重量比下的复合材料制造。测试结果显示，材料平均拉伸强度达100MPa、弹性模量约7GPa，并展现出优异的电绝缘性能和力学特性。扫描电子显微镜（SEM）分析进一步证实，改性后复合材料的界面粘结性显著提升，玻璃纤维拔出表面粗糙度改善，断裂形态更均匀。

　　该研究不仅推动了PEEK复合材料在航天结构件的应用，还通过揭示界面结合机制与工艺-性能关联，为未来高性能聚合物材料的开发奠定了理论和实验基础。

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　　2025年1月，汤海斌课题组针对激光粉末床熔融（L-PBF）成型的玻璃纤维（GF）增强聚醚醚酮（PEEK）复合材料在太空应用中易发生热翘曲的难题，开展了系统性研究。

　　团队依托华曙高科UT252P超高温增材制造设备，采用最优工艺参数，粉床温度323℃，添加0.5wt%纳米Si02流动剂及表面改性技术，开展SLS制造导致的各向异性对太空热变形性能影响分析。实验发现，当纤维重量分数提升至30%并沿铺粉方向（X方向）取向时，复合材料在150℃热环境下的翘曲变形量较纯PEEK降低39%（从4.4mm降至2.7mm），且X方向纤维排列更优（取向张量达0.5），有效抑制了热变形。

　　研究进一步开发了多尺度计算工具，融合微观纤维分布重建（基于XCT扫描）及本构模型（Tschogel屈服准则），实现了太空热环境下复合材料变形的高精度预测（150℃时30wt%试样X方向变形误差5%），为航天复合材料设计提供了关键工具。

　　华曙高科UT252P于2023年9月正式面市，目前已实现多台销售装机。对于科研型用户而言，可成形材料种类、工艺参数的丰富性和开放性、关键参数的实时监控、设备开机成本及稳定性等都是其科研应用中需要重点考虑的因素。

　　“科研与其他行业不同，我们需要进行反复测试，通过不断调整和优化烧结参数，以获得最佳效果，并测试材料的耐热性、强度及韧度等，华曙UT252P系统开源，给予了我们很大便利。同时，UT252P设备具备烧结350℃熔点材料的能力，具有良好的稳定性与易操作性，也为PEEK系列复合材料工艺的开发提供了重要保障。”

　　未来，华曙高科将携手更多高校科研用户，发挥增材制造技术优势，合力推进新材料、新工艺、新应用的创新探索，为我国科研事业添砖加瓦。

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