碳纖維3D打印機技術簡介和應用方案

3D打印碳纖維可能是繼金屬之后目前最受追捧的增材制造技術。而且隨著增材制造領域的發(fā)展，當前最新進展就在于一種能夠利用難以捉摸材料的打印機終于成為現(xiàn)實。然而，并不是所有的碳纖維3D打印機都是一種類型的。有些機器可以利用微觀短切纖維來增強傳統(tǒng)的熱塑性塑料，而有的機器則是使用連續(xù)的長纖維鋪設在基礎熱塑性基質(其中，通常也會填充短切纖維)內部，以制造零件內部的“骨架”。

碳纖維的介紹

碳纖維是由排列在一起的碳原子鏈組成的，且具有極高的拉伸強度。但是，當我們單獨使用它們時，其薄而脆的特性使它們在任何實際應用中很容易破碎，所以其自我存在的價值并不高。然而，當使用粘接劑將纖維分組并粘附在一起時，纖維平穩(wěn)地分布載荷，并形成一種非常堅固且質地輕的復合材料。其中，這些碳纖維復合材料主要是以片材，管材或定制模塑特征的形式出現(xiàn)，并廣泛應用于航空航天和汽車等以強度重量比為主導的行業(yè)。而且，傳統(tǒng)上使用的粘合劑多為熱固性樹脂。

碳纖維打印技術

隨著3D打印技術的發(fā)展，我們可以使用碳纖維進行3D打印(3D打印技術的最新進展)。然而，與標準的碳纖維工藝不同的地方就在于所用的粘合材料不同。由于之前所用的粘結劑熱固性樹脂不會熔化，因此其不能通過噴嘴擠出(即不能用于3D打印技術)，所以為了解決這個問題，3D打印機采用易于打印的熱塑性塑料替代熱固性樹脂。雖然這些打印的部件不如樹脂基質碳纖維復合材料那樣耐熱，但它們由于碳纖維的混入，確實增強了熱塑性塑料的強度。

短切碳纖維打印vs連續(xù)碳纖維打印

目前有兩種碳纖維打印方法：短切碳纖維填充熱塑性塑料和連續(xù)碳纖維增強材料。其中，一方面，切碎的碳纖維填充熱塑性塑料是通過標準FFF(FDM)打印機進行打印的，其主要組成材料是熱塑性塑料(PLA，ABS或尼龍)與細小的短切碳纖維。另一方面，連續(xù)碳纖維制造是一種獨特的印刷工藝，其將連續(xù)的碳纖維束鋪設到標準FFF(FDM)熱塑性基材中。

雖然短切碳纖維填充塑料和連續(xù)纖維制造都使用碳纖維，但它們之間的差異是巨大的。所以了解每種方法的工作原理及其理想的應用將會有助于您做出明智的決策，確定您在增材制造工作中應采取哪些措施。

碳纖維3D打印--短切碳纖維填充熱塑性塑料

簡單來講，短切碳纖維是標準熱塑性塑料的助推器。它允許公司打印通常較弱的材料以增加其機械強度。然后將該材料與熱塑性塑料混合，并將所得混合物擠出成用于熔融長絲制造(FFF)技術的線軸。對于采用FFF方法制備的復合材料，其是由短切纖維(通常是碳纖維)與尼龍、ABS或PLA等傳統(tǒng)熱塑性塑料混合而成。在FFF工藝不變的情況下，短切纖維增加了模型的強度、剛度，提高了模型的尺寸穩(wěn)定性、以及表面光潔度和精度。

這種方法并非只有優(yōu)點。一些短纖維增強纖維通過使材料過度飽和來提高強度。這不僅損害了零件的整體質量，而且還降低了表面質量和零件精度。所以原型部件和最終使用部件可以使用短切碳纖維來制造，因為它提供了內部測試或面向客戶的部件所需的強度和外觀。

連續(xù)碳纖維才是真正的增強復合材料強度的關鍵。利用3D打印復合材料部件替代傳統(tǒng)的金屬部件，其優(yōu)勢在于可以在重量的一小部分上實現(xiàn)類似的強度，所以從效益上來講，這是一種經濟有效的解決方案。具體而言，就是使用連續(xù)長絲制造(CFF)技術鑲嵌在熱塑性塑料中。而使用這種方法的打印機在打印時，通過FFF擠出的熱塑性塑料內的第二個印刷噴嘴鋪設連續(xù)的高強度纖維(例如碳纖維，玻璃纖維或Kevlar)。從而使得增強纖維形成印刷零件的“主干”，產生堅硬，堅固和耐用的效果。

連續(xù)碳纖維不僅增加了強度，而且還允許用戶在需要更高耐用性的區(qū)域中選擇性地加固。由于核心流程的FFF性質，您可以選擇逐層基礎地在何處進行強化。在每層中，有兩種增強方法：同心和各向同性。同心填充加強了每層(內部和外部)的外邊界，并通過用戶定義的循環(huán)數延伸到零件中。各向同性填充在每層上形成單向復合增強，并且可以通過改變層上的加固方向來模擬碳纖維編織�？偟膩碇v，這些強化策略使航空航天，汽車和制造等行業(yè)能夠以新的方式將復合材料集成到其工作流程中。

當今，增材制造領域已經呈爆發(fā)式發(fā)展，一些打印機提供了碳纖維打印的能力。但是，您最好注意一下您所購買的復合材料以及每一種纖維已經開放的應用。除非它指明它是連續(xù)的碳纖維，否則這種材料幾乎肯定是由切碎的碳纖維增強長絲組成的。雖然兩者都提供獨立的價值，但能夠同時打印兩者是滿足您所有應用需求的最佳方式。