詳解碳纖維在3D打印中的作用

魔猴君  行業資訊   2149天前

3D打印碳纖維可能是繼金屬之后第二個最受追捧的3D打印技術。 有賴于3D打印領域的最新發展，人們終于實現能夠使用各種難以捉摸的材料進行打印的現實。 然而，并非所有碳纖維3D打印機都是相同的 - 一些機器使用微觀短切纖維來增強傳統的熱塑性塑料，而另一些機器使用鋪設在熱塑性基體（通常填充有短切纖維）內部的連續纖維來在部件內部建造“骨架”。

3D打印技術的最新發展使公司能夠使用碳纖維進行打印，盡管使用的粘合材料與標準碳纖維工藝不同。樹脂不會熔化，因此不能通過噴頭擠出 - 為了解決這個問題，3D打印機用易于印刷的熱塑性塑料替代樹脂。雖然這些部件不像樹脂基碳纖維復合材料那樣耐熱，但它們確實受益于纖維的強度。 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碳纖維增強材料。短切碳纖維填充熱塑性塑料是通過標準FFF（FDM）打印機進行打印，由熱塑性塑料（PLA，丙烯腈-丁二烯或聚酰胺（尼龍））組成，這種熱塑性塑料由微小的短切原絲進行增強，即碳纖維。 另一方面，連續碳纖維制造是一種獨特的打印工藝，其將連續的碳纖維束鋪設到標準FFF（FDM）熱塑性基材中。 短切碳纖維填充塑料和連續纖維制造雖然同樣使用碳纖維，但它們之間的差異十分巨大。 了解每種方法的工作原理及其理想的應用將有助于您做出明智的決策，確定在3D打印工作中應采取哪些措施。

短切碳纖維基本上是標準熱塑性塑料的增強材料。它允許公司以更高的強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）技術的線軸。對于使用FFF方法的復合材料，材料由短切纖維（通常是碳纖維）與傳統熱塑性塑料（如聚酰胺（尼龍）、丙烯腈-丁二烯或聚乳酸）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度、剛度，并改善了尺寸穩定性，表面光潔度和精度。 這種方法并非始終沒有缺陷。 一些短切纖維增強細絲通過用纖維對材料調節過飽和度來強調強度。 這會對工件的整體質量產生不利影響，從而降低表面質量和部件精度。原型和最終使用的部件可以使用短切碳纖維制造，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。

連續碳纖維是真正的優勢所在。 這是一種經濟有效的解決方案，可以用3D打印復合材料部件替代傳統的金屬部件，因為它僅使用重量的一小部分就能實現類似的強度。 它可以使用連續長絲制造（CFF）技術把材料鑲嵌在熱塑性塑料中。 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頭鋪設連續的高強度纖維（例如碳纖維，玻璃纖維或Kevlar）。 增強纖維構成印刷部件的“主干”，產生堅固，結實和耐用的效果。 連續碳纖維不僅增加了強度，并且還提供給用戶在需要更高耐久性的領域中有選擇性地進行加固。 由于關鍵流程的FFF性質，您可以選擇逐層基礎來強化。 在每層中，有兩種增強方法：同心軸加固和各向同性加固。 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數延伸到部件中。 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增強方向來模擬碳纖維編織。 這些強化策略使航空航天，汽車和制造等行業能夠以新的方式將復合材料集成到其工作流程中。打印部件可以作為工具和固定裝置（這些都要求連續的碳纖維可以有效地模擬金屬性能。），如手臂末端的工具，軟顎，和CMM固定物。 當今，3D打印領域已經呈爆發式成長，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好方式。