碳纖維3D打印機(jī)技術(shù)簡介和應(yīng)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(shù),。而且隨著增材制造領(lǐng)域的發(fā)展,，當(dāng)前最新進(jìn)展就在于一種能夠利用難以捉摸材料的打印機(jī)終于成為現(xiàn)實,。然而,，并不是所有的碳纖維3D打印機(jī)都是一種類型的,。有些機(jī)器可以利用微觀短切纖維來增強(qiáng)傳統(tǒng)的熱塑性塑料，而有的機(jī)器則是使用連續(xù)的長纖維鋪設(shè)在基礎(chǔ)熱塑性基質(zhì)(其中,，通常也會填充短切纖維)內(nèi)部,，以制造零件內(nèi)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(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(3D打印技術(shù)的最新進(jìn)展),。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(即不能用于3D打印技術(shù)),，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。

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(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。

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(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,。

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(biāo)準(zhǔn)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(jī)械強(qiáng)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(shù)的線軸。對于采用FFF方法制備的復(fù)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(qiáng)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(qiáng)纖維通過使材料過度飽和來提高強(qiáng)度,。這不僅損害了零件的整體質(zhì)量,，而且還降低了表面質(zhì)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(nèi)部測試或面向客戶的部件所需的強(qiáng)度和外觀,。

連續(xù)碳纖維才是真正的增強(qiáng)復(fù)合材料強(qiáng)度的關(guān)鍵。利用3D打印復(fù)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(qiáng)度,，所以從效益上來講,，這是一種經(jīng)濟(jì)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(shù)鑲嵌在熱塑性塑料中,。而使用這種方法的打印機(jī)在打印時，通過FFF擠出的熱塑性塑料內(nèi)的第二個印刷噴嘴鋪設(shè)連續(xù)的高強(qiáng)度纖維(例如碳纖維,，玻璃纖維或Kevlar),。從而使得增強(qiáng)纖維形成印刷零件的“主干”，產(chǎn)生堅硬,，堅固和耐用的效果,。

連續(xù)碳纖維不僅增加了強(qiáng)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(zhì),，您可以選擇逐層基礎(chǔ)地在何處進(jìn)行強(qiáng)化。在每層中,，有兩種增強(qiáng)方法：同心和各向同性,。同心填充加強(qiáng)了每層(內(nèi)部和外部)的外邊界，并通過用戶定義的循環(huán)數(shù)延伸到零件中,。各向同性填充在每層上形成單向復(fù)合增強(qiáng),，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(qiáng)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(fù)合材料集成到其工作流程中,。

當(dāng)今，增材制造領(lǐng)域已經(jīng)呈爆發(fā)式發(fā)展,，一些打印機(jī)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(fù)合材料以及每一種纖維已經(jīng)開放的應(yīng)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(qiáng)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(yīng)用需求的最佳方式,。