两种不同的碳纤维3D打印技术介绍

碳纤维是由排列在一起的碳原子链组成的，且具有极高的拉伸强度。但是，当我们单独使用它们时，其薄而脆的特性使它们在任何实际应用中很容易破碎，所以其自我存在的价值并不高。然而，当使用粘接剂将纤维分组并粘附在一起时，纤维平稳地分布载荷，并形成一种非常坚固且质地轻的复合材料。其中，这些碳纤维复合材料主要是以片材，管材或定制模塑特征的形式出现，并广泛应用于航空航天和汽车等以强度重量比为主导的行业。而且，传统上使用的粘合剂多为热固性树脂。碳纤维可以提供与金属相当的强度，但其重量却非常轻，在需要考虑重量与强度比的行业，如航空航天、汽车、轨道交通等行业中有着广泛应用前景。传统工艺制造碳纤维过程十分复杂并需要大量人力劳动，采用3D打印技术无疑会使碳纤维复合材料的制造更为便捷，同时大大减少人工投入。

碳纤维打印技术

随着3D打印技术的发展，我们可以使用碳纤维进行3D打印。然而，与标准的碳纤维工艺不同的地方就在于所用的粘合材料不同。由于之前所用的粘结剂热固性树脂不会熔化，因此其不能通过喷嘴挤出，所以为了解决这个问题，3D打印机采用易于打印的热塑性塑料替代热固性树脂。虽然这些打印的部件不如树脂基质碳纤维复合材料那样耐热，但它们由于碳纤维的混入，确实增强了热塑性塑料的强度。

1. 短碳纤维打印

材料特点： 短纤增强尼龙、PEEK、TPU等粉末材料

工艺特点：以一定比例混合短切碳纤维和尼龙材料，通过激光烧结实现一体成型。

通过FDM熔融挤出的方式打印碳纤维需要将碳纤维与热熔塑料一起打印。PETG这种材料，本身就有很好的延展性，而且它能在承受更高的CF负载的同时保持一定的延展性和抗冲击性。它能够很好地粘附在多种构建平台上，同时也具有优异的层粘合，而碳纤维的加入不仅增加了它的刚性和尺寸稳定性。

PLA可能是最容易打印的，ABS与PETG强度更大，尼龙难以打印，但比起其他材料耐磨性最好。如果要与工业级零件竞争，PEEK应该是理想的选择，PEEK最强，最耐热，化学和抗潮湿性能最好。桌面型打印机方面，Markforged的设备还可以用来制造尼龙碳纤维增强材料。

2. 连续碳纤维打印

材料特点：长纤增强PLA、尼龙、PEEK等丝材

工艺特点：通过FDM技术将长纤维填充进常规丝材中，起到增强作用。

短碳纤维打印vs连续碳纤维打印

目前有两种碳纤维打印方法：短切碳纤维填充热塑性塑料和连续碳纤维增强材料。其中，一方面，切碎的碳纤维填充热塑性塑料是通过标准FFF(FDM)打印机进行打印的，其主要组成材料是热塑性塑料(PLA，ABS或尼龙)与细小的短切碳纤维。另一方面，连续碳纤维制造是一种独特的印刷工艺，其将连续的碳纤维束铺设到标准FFF(FDM)热塑性基材中。非凡士的Combot 200型3D打印机就采用连续碳纤维打印，制件快速，且兼容碳纤维材料的特殊物理性能。

虽然短碳纤维填充塑料和连续纤维制造都使用碳纤维，但它们之间的差异是巨大的。所以了解每种方法的工作原理及其理想的应用将会有助于您做出明智的决策，确定您在增材制造工作中应采取哪些措施。