兩種不同的碳纖維3D打印技術(shù)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(qiáng)度。但是，當(dāng)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(yīng)用中很容易破碎，所以其自我存在的價值并不高。然而，當(dāng)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(zhì)地輕的復(fù)合材料。其中，這些碳纖維復(fù)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(yīng)用于航空航天和汽車等以強(qiáng)度重量比為主導(dǎo)的行業(yè)。而且，傳統(tǒng)上使用的粘合劑多為熱固性樹脂。碳纖維可以提供與金屬相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，但其重量卻非常輕，在需要考慮重量與強(qiáng)度比的行業(yè)，如航空航天、汽車、軌道交通等行業(yè)中有著廣泛應(yīng)用前景。傳統(tǒng)工藝制造碳纖維過程十分復(fù)雜并需要大量人力勞動，采用3D打印技術(shù)無疑會使碳纖維復(fù)合材料的制造更為便捷，同時大大減少人工投入。

碳纖維打印技術(shù)

隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，我們可以使用碳纖維進(jìn)行3D打印。然而，與標(biāo)準(zhǔn)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(jié)劑熱固性樹脂不會熔化，因此其不能通過噴嘴擠出，所以為了解決這個問題，3D打印機(jī)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(zhì)碳纖維復(fù)合材料那樣耐熱，但它們由于碳纖維的混入，確實增強(qiáng)了熱塑性塑料的強(qiáng)度。

1. 短碳纖維打印

材料特點： 短纖增強(qiáng)尼龍、PEEK、TPU等粉末材料

工藝特點：以一定比例混合短切碳纖維和尼龍材料，通過激光燒結(jié)實現(xiàn)一體成型。

通過FDM熔融擠出的方式打印碳纖維需要將碳纖維與熱熔塑料一起打印。PETG這種材料，本身就有很好的延展性，而且它能在承受更高的CF負(fù)載的同時保持一定的延展性和抗沖擊性。它能夠很好地粘附在多種構(gòu)建平臺上，同時也具有優(yōu)異的層粘合，而碳纖維的加入不僅增加了它的剛性和尺寸穩(wěn)定性。

PLA可能是最容易打印的，ABS與PETG強(qiáng)度更大，尼龍難以打印，但比起其他材料耐磨性最好。如果要與工業(yè)級零件競爭，PEEK應(yīng)該是理想的選擇，PEEK最強(qiáng)，最耐熱，化學(xué)和抗潮濕性能最好。桌面型打印機(jī)方面，Markforged的設(shè)備還可以用來制造尼龍?zhí)祭w維增強(qiáng)材料。

2. 連續(xù)碳纖維打印

材料特點：長纖增強(qiáng)PLA、尼龍、PEEK等絲材

工藝特點：通過FDM技術(shù)將長纖維填充進(jìn)常規(guī)絲材中，起到增強(qiáng)作用。

短碳纖維打印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(qiáng)材料。其中，一方面，切碎的碳纖維填充熱塑性塑料是通過標(biāo)準(zhǔn)FFF(FDM)打印機(jī)進(jìn)行打印的，其主要組成材料是熱塑性塑料(PLA，ABS或尼龍)與細(xì)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(shè)到標(biāo)準(zhǔn)FFF(FDM)熱塑性基材中。非凡士的Combot 200型3D打印機(jī)就采用連續(xù)碳纖維打印，制件快速，且兼容碳纖維材料的特殊物理性能。

雖然短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(yīng)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(yīng)采取哪些措施。