碳纖維3D打印機(jī)原理詳解以及行業(yè)應(yīng)用分享

碳纖維3D打印可能是繼金屬3D打印之后第二個(gè)最受追捧的增材制造技術(shù),。有賴于增材制造領(lǐng)域的最新發(fā)展,，人們終于實(shí)現(xiàn)能夠使用各種難以捉摸的材料進(jìn)行打印的現(xiàn)實(shí),。然而，并非所有碳纖維3D打印機(jī)都是相同的——一些機(jī)器使用微觀短切纖維來增強(qiáng)傳統(tǒng)的熱塑性塑料,，而另一些機(jī)器使用鋪設(shè)在熱塑性基體（通常填充有短切纖維）內(nèi)部的連續(xù)纖維來在零件內(nèi)部創(chuàng)建“骨架”,。

碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料,。它是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成,，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維“外柔內(nèi)剛”,，質(zhì)量比金屬鋁輕,，但強(qiáng)度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕,、高模量的特性,，在國防軍工和民用方面都是重要材料。

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,。 短切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,，由熱塑性塑料（PLA，ABS或尼龍）組成,，這種熱塑性塑料由微小的短切原絲進(jìn)行增強(qiáng),，即碳纖維。 另一方面,，連續(xù)碳纖維制造是一種獨(dú)特的打印工藝,，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。

Mark Two 3D打印機(jī)就是其中的典型代表機(jī)型,。整機(jī)定位在桌面級產(chǎn)品,，長寬高分別為575x322x360mm，成型尺寸為305x160x160mm,。其特點(diǎn)在于,，一是可使用碳纖維作為打印材料，二是使用復(fù)合材料,，直接制作高強(qiáng)度的部件和工具,。該機(jī)型采用雙擠出頭,，可兼容碳纖維、玻璃纖維,、尼龍和PLA耗材,；制作實(shí)際部件時(shí)能夠選擇合適的材料，兼顧強(qiáng)度和成本,；3D打印的部件甚至能夠取代經(jīng)過金屬加工的部件,。

短切碳纖維基本上是標(biāo)準(zhǔn)熱塑性塑料的增強(qiáng)材料。它允許以更高的強(qiáng)度打印一般來說性能較弱的材料,。然后將該材料與熱塑性塑料混合,，并將所得混合物擠壓成用于熔融長絲制造（FFF）技術(shù)的線軸。對于使用FFF方法的復(fù)合材料,，材料由短切纖維（通常是碳纖維）與傳統(tǒng)熱塑性塑料（如尼龍,、ABS或聚乳酸）混合而成。盡管FFF工藝保持不變,，但短切纖維增加了模型的強(qiáng)度,、剛度，并改善了尺寸穩(wěn)定性,，表面光潔度和精度,。

當(dāng)今，增材制造領(lǐng)域已經(jīng)呈爆發(fā)式成長,，一些打印機(jī)提供了碳纖維打印的能力,。碳纖維材料為3D打印技術(shù)在制造業(yè)應(yīng)用提供更多可能。將碳纖維添加到3D打印耗材中,，可有效改善耗材的抗拉強(qiáng)度,、耐磨性、耐高溫,，因?yàn)樘祭w維比強(qiáng)度高,，同時(shí)減輕了3D打印模型的重量，在航空航天/汽車/軌道交通等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用前景,。