據(jù)魔猴網(wǎng)了解，在我們有關(guān)碳纖維3D打印的系列的第一部分中，我們?yōu)閺V大網(wǎng)友講解了關(guān)于碳纖維3D打印的材料，以能某些特性以及其制造方式在本期，我們就碳纖維目前在3D打印行業(yè)中的使用情況進(jìn)行講述。

延伸閱讀：《新技術(shù)：碳纖維3D打?。ㄒ唬?/span>

延伸閱讀：《新技術(shù)：碳纖維3D打印（三）》

碳纖維長(zhǎng)絲

3D打印中最廣泛使用的碳纖維形式是短切碳纖維絲。有多種短切碳纖維混合物可供選擇，3DXTECH提供了一些最多樣化的類型，其中包括高溫?zé)崴苄运芰献鳛榛|(zhì)材料。例如，可以購(gòu)買填充有短切碳纖維的PA，PEKK，PEEK和PEI（ULTEM）細(xì)絲。

FFF用Innofil3D PET碳纖維增強(qiáng)長(zhǎng)絲制成的歧管

在短切碳纖維長(zhǎng)絲中，碳纖維段與熱塑性粒料混合，然后擠出成適合擠出3D打印的長(zhǎng)絲。因?yàn)樘祭w維是斷裂的，而不是連續(xù)的，因此它只能在那些很小的碎片所在的位置提供碳纖維的剛度。

然而，將碳纖維引入熱塑性長(zhǎng)絲中可以改善其強(qiáng)度和剛度，但是也可能具有負(fù)面影響。一組研究人員發(fā)現(xiàn)，除了所需的強(qiáng)度外，PEEK-碳纖維復(fù)合材料的孔隙率更高，印刷層之間的粘合性更差。另一組發(fā)現(xiàn)用于立體光刻的樹(shù)脂短切碳纖維具有相似的結(jié)果，包括增加了脆性。

這并不意味著切碎的碳纖維長(zhǎng)絲（或樹(shù)脂）在3D打印中沒(méi)有價(jià)值，特別是因?yàn)樗任覀儗⒁懻摰募夹g(shù)便宜得多。但是，我們將在本系列的第三部分中看到如何通過(guò)一些非常巧妙的思考來(lái)改進(jìn)這些材料。

連續(xù)碳纖維3D打印

2014年，Markforged向世界推出了連續(xù)長(zhǎng)絲制造（CFF）。在CFF中，碳纖維預(yù)先浸漬有熱塑性尼龍，該熱塑性尼龍是從特種擠出機(jī)中沉積的。然后用于增強(qiáng)塑料零件，包括公司自己的短切碳纖維長(zhǎng)絲Onyx。

最近，一家名為Anisoprint的俄羅斯公司已將自己的連續(xù)碳纖維印刷版本稱為復(fù)合纖維共擠出（CFC），進(jìn)行了商業(yè)化。與CFF不同，其預(yù)浸料具有一個(gè)輸入和一個(gè)輸出，CFC使用兩個(gè)輸入和一個(gè)輸出。一個(gè)輸入專用于增強(qiáng)纖維，另一個(gè)輸入用于喂入熱塑性塑料。干纖維被送入系統(tǒng)中，并在其中浸入液態(tài)的熱固性樹(shù)脂。在印刷過(guò)程中，熱固性材料與傳統(tǒng)的熱塑性長(zhǎng)絲固化并一起擠出。然后，滲透到增強(qiáng)纖維中的熱固性基體與長(zhǎng)絲粘合。

CFC的工作方式

結(jié)果，不僅很少有機(jī)會(huì)在預(yù)浸料中引入氣泡或空隙，而且還開(kāi)拓了CFC可以使用的多種熱塑性塑料（到目前為止，PETG，ABS，PC，PLA和PA） 。

還可以在CFC中控制沉積速率，以生成有趣的結(jié)構(gòu)和特性，這些特性和特性是傳統(tǒng)復(fù)合材料制造所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，例如晶格形狀。在傳統(tǒng)情況下，將一根碳絲束穿過(guò)另一束碳絲束時(shí)，該區(qū)域的厚度將增加一倍。使用CFC，可以減少擠出的熱塑性塑料，同時(shí)仍然沉積碳纖維，從而減少該區(qū)域的塑料量。

強(qiáng)度在孔周圍均勻分布，但在第一部分中沒(méi)有分布在整個(gè)結(jié)構(gòu)中，在第二部分中，整個(gè)部分以交叉方式加固。

反過(guò)來(lái)，這增加了所謂的“纖維體積比”，相對(duì)于復(fù)合材料的總體積而言，存在的纖維增強(qiáng)量。較高的纖維體積比通常意味著改善的機(jī)械性能。因此，由于這些碳纖維以3D打印的晶格結(jié)構(gòu)縱橫交錯(cuò)，因此纖維體積比和強(qiáng)度均增加。

在航空航天領(lǐng)域，工程師尋求的纖維體積比率最高為60％左右。但是，使用其他碳纖維3D打印技術(shù)時(shí)，該比率接近30％至40％。沒(méi)有晶格結(jié)構(gòu)，CFC可以達(dá)到約45％，在碳纖維重疊的點(diǎn)上，該比率增加了一倍，即比傳統(tǒng)復(fù)合材料更強(qiáng)。

由于在一個(gè)方向上的熱塑性沉積最少，該零件的材料更少，但強(qiáng)度更高。

在編織碳纖維中，多層單向纖維交錯(cuò)交錯(cuò)以模擬各向同性，最終以犧牲多余材料為代價(jià)提供全向強(qiáng)度。但是，使用CFC時(shí)，僅在必要時(shí)可以增加材料和強(qiáng)度。因此，Anisoprint強(qiáng)調(diào)碳纖維的各向異性是一種優(yōu)點(diǎn)，而不是一種弱點(diǎn)，這項(xiàng)目技術(shù)被命名為“ Anisoprint”。自Markforged和Anisoprint進(jìn)入市場(chǎng)以來(lái)，第三個(gè)挑戰(zhàn)者以其自己的連續(xù)碳纖維印花形式出現(xiàn)了。在Formnext 2019召開(kāi)之前，Desktop Metal推出了一項(xiàng)稱為微自動(dòng)光纖替換（μAFP）的技術(shù)。 μAFP依靠?jī)蓚€(gè)打印頭：一個(gè)放置熱塑性長(zhǎng)絲，然后將一個(gè)換刀器交換到另一個(gè)，放下預(yù)浸料帶，類似于第一部分中簡(jiǎn)要提到的自動(dòng)纖維放置技術(shù)。

首先將碳纖維熱塑性塑料帶加熱到高于塑料的熔融溫度。然后，輥將膠帶壓在打印的部分上。熱量，壓力以及冷卻后的印刷零件的結(jié)合使膠帶可以使零件熔融。Desktop Metal正在通過(guò)Fiber HT和Fiber LT 3D打印機(jī)發(fā)布該技術(shù)。 LT的年度訂購(gòu)價(jià)為3,495美元，可打印PA6-碳纖維或PA6-玻璃纖維帶。 HT（每年5,495美元）不僅可以使用這些膠帶進(jìn)行打印，還可以與碳纖維或玻璃纖維結(jié)合使用的PEEK或PEKK。 HT也有兩個(gè)打印頭，而LT只有一個(gè)。此外，Fiber HT還具有使用其軟件中的高級(jí)設(shè)置來(lái)管理纖維方向的能力，可以實(shí)現(xiàn)小于1％的孔隙率，并且可以以高達(dá)60％的纖維體積比進(jìn)行打印。

大幅面和實(shí)驗(yàn)性碳纖維3D打印

同樣在Formnext上，Anisoprint推出了其生產(chǎn)規(guī)模的CFC系統(tǒng)，即Anisoprint ProM IS500。該系統(tǒng)具有600 mm x 420 mm x 300 mm的構(gòu)建體積，該系統(tǒng)具有可打印PEEK和PEI的加熱構(gòu)建室，并且可以進(jìn)行自動(dòng)化校準(zhǔn)和其他生產(chǎn)質(zhì)量功能。借助四個(gè)可互換的打印頭，除碳纖維外，它還將能夠結(jié)合不同的復(fù)合材料。該系統(tǒng)還將配備用于優(yōu)化晶格結(jié)構(gòu)印刷的軟件。 Anisoprint的目標(biāo)是在2020年底交付其首批ProM IS 500系統(tǒng)。雖然這是俄羅斯公司的第一臺(tái)生產(chǎn)級(jí)碳纖維3D打印機(jī)，但它可能面臨激烈的競(jìng)爭(zhēng)。還有許多其他公司正在以自己獨(dú)特的方式從事碳纖維3D打印的工作。由于它們與此處討論的類型截然不同，因此我們將在這個(gè)系列的下一章中對(duì)其進(jìn)行探討。

來(lái)源：中國(guó)3D打印網(wǎng)