碳纤维为何作为3D打印材料
随着时间的推移，碳纤维由于其特殊的性能，如高刚度、抗拉强度、低重量、耐化学性、耐高温能力和低热膨胀，在不同的行业中获得了显著的普及。值得注意的是，纯碳纤维尽管重量更轻，但强度是钢的五倍，硬度是钢的两倍。这些特性使得碳纤维适用于依赖材料特性来优化性能的应用，特别是在航空航天、汽车、军事和土木工程等领域。
3D打印碳纤维增强复合材料的机械性能，无论是在韧性或是耐温性方面，均超过了几乎所有其他3D打印塑料。
碳纤维的长丝由长度不到一毫米的短碳纤维片段，与热塑性塑料混合。碳纤维可以与众多热塑性塑料兼容，包括PLA，PETG，尼龙，ABS和聚碳酸酯。可提高丝束的强度和刚度，同时减少整体重量。
碳纤维如何3D打印
大体上3D打印碳纤维长丝与它们结合的基材保持性质一致。关键的区别在于，纤维会导致3D打印机中的喷嘴堵塞，因此专家建议使用硬化钢喷嘴。此外，当纤维含量超过一定阈值时，3D打印对象的表面光洁度可能会受到损害。
在3D打印领域，碳纤维的使用主要有两种方式：通过碳纤维增强长丝或连续碳纤维增强。经过强化的碳纤维长丝比未强化的长丝具有更强的强度。然而，对于更坚固的部件，可以采用一种称为连续碳纤维增强的替代技术。这种方法涉及到使用双喷嘴的打印头，一个负责挤出基材，另一个挤出碳纤维。由于连续的碳纤维没有被切割成更小的部分，它保持了更高的强度水平。值得注意的是，连续的碳纤维3D打印足够坚固，甚至可以代替铝，而重量只有铝的一半。其成本之低，甚至可以在某些应用中取代金属3D打印。最后，根据增材制造设计技术战略性地使用碳纤维，可以进一步提高零件强度，同时减少材料消耗。
碳纤维3D打印的应用
碳纤维复合材料可用于制造许多产品，如自行车车架、飞机机翼、螺旋桨、汽车零部件等。考虑到碳纤维的众多好处，不再仅仅被传统的复合材料加工工艺所使用。近年来，越来越多的3D打印公司开始提供碳纤维增强材料或技术。他们已经开发出用好碳纤维增强的技术，使高性能应用成为可能。因为它们能够承受高温并快速有效地创建定制形状。此外，它们绕过了机械加工或成型过程，简化了定制零件、备件和功能原型的生产。
IDTechEx在其报告“3D打印复合材料2020-2030”中透露，到2030年，全球3D打印复合材料市场的价值将达到17亿美元。这个数字包括其他复合材料，如用玻璃纤维塑料增强的材料。然而，这一趋势清楚地表明，增材制造行业在其生产活动中越来越多地使用包括碳纤维在内的所有类型的复合材料。
总之，3D打印碳纤维部件具有高度通用性，适用于广泛的应用。它们坚固、轻便，可以承受冲击、高温和化学物质。例如，由塑料和碳纤维复合材料制成的3D打印部件可以承受汽车和飞机发动机产生的热量。它们也可以取代加工铝零件和制造夹具。