（文章來源：中關村在線）

3D打印中最廣泛使用的碳纖維形式是短切碳纖維絲。有多種短切碳纖維混合物可供選擇，3DXTECH提供了一些最多樣化的類型，其中包括高溫熱塑性塑料作為基質材料。例如填充有短切碳纖維的PA，PEKK，PEEK和PEI（ULTEM）細絲。

在短切碳纖維長絲中，碳纖維段與熱塑性粒料混合，然后擠出成適合擠出3D打印的長絲。因為碳纖維是斷裂的，而不是連續的，因此它只能在那些很小的碎片所在的位置提供碳纖維的剛度。

然而，將碳纖維引入熱塑性長絲中可以改善其強度和剛度，但是也可能具有負面影響。一組研究人員發現，除了所需的強度外，PEEK-碳纖維復合材料的孔隙率更高，印刷層之間的粘合性更差。另一組發現用于立體光刻的樹脂短切碳纖維具有相似的結果，包括增加了脆性。

這并不意味著切碎的碳纖維長絲（或樹脂）在3D打印中沒有價值，特別是因為相比之下它要便宜得多。2014年，Markforged向世界推出了連續長絲制造（CFF）。在CFF中，碳纖維預先浸漬有熱塑性尼龍，該熱塑性尼龍是從特種擠出機中沉積的。然后用于增強塑料零件，包括短切碳纖維長絲Onyx。

最近，一家名為Anisoprint的俄羅斯公司已將自己的連續碳纖維印刷版本稱為復合纖維共擠出（CFC），進行了商業化。與CFF不同，其預浸料具有一個輸入和一個輸出，CFC使用兩個輸入和一個輸出。一個輸入專用于增強纖維，另一個輸入用于熱塑性塑料。干纖維被送入系統中，并在其中浸入液態的熱固性樹脂。在印刷過程中，熱固性材料與傳統的熱塑性長絲固化并一起擠出。然后，滲透到增強纖維中的熱固性基體與長絲粘合。

結果，不僅很少有機會在預浸料中引入氣泡或空隙，而且還開拓了CFC可以使用的多種熱塑性塑料（到目前為止，PETG，ABS，PC，PLA和PA） 。還可以在CFC中控制沉積速率，以生成有趣的結構和特性，這些特性和特性是傳統復合材料制造所無法實現的，例如晶格形狀。在傳統情況下，將一根碳絲束穿過另一束碳絲束時，該區域的厚度將增加一倍。使用CFC，可以減少擠出的熱塑性塑料，同時仍然沉積碳纖維，從而減少該區域的塑料量。

反過來，這增加了所謂的“纖維體積比”，相對于復合材料的總體積而言，存在的纖維增強量。較高的纖維體積比通常意味著改善的機械性能。因此，由于這些碳纖維以3D打印的晶格結構縱橫交錯，因此纖維體積比和強度均增加。在航空航天領域，工程師尋求的纖維體積比率最高為60％左右。但是，使用其他碳纖維3D打印技術時，該比率接近30％至40％。沒有晶格結構，CFC可以達到約45％，在碳纖維重疊的點上，該比率增加了一倍，即比傳統復合材料更強。

在編織碳纖維中，多層單向纖維交錯交錯以模擬各向同性，最終以犧牲多余材料為代價提供全向強度。但是，使用CFC時，僅在必要時可以增加材料和強度。因此，Anisoprint強調碳纖維的各向異性是一種優點，而不是一種弱點，這項目技術被命名為“ Anisoprint”。自Markforged和Anisoprint進入市場以來，第三個挑戰者以其自己的連續碳纖維印花形式出現了。在Formnext 2019召開之前，Desktop Metal推出了一項稱為微自動光纖替換（μAFP）的技術。 μAFP依靠兩個打印頭：一個放置熱塑性長絲，然后將一個換刀器交換到另一個，放下預浸料帶，類似于第一部分中簡要提到的自動纖維放置技術。

首先將碳纖維熱塑性塑料帶加熱到高于塑料的熔融溫度。然后，輥將膠帶壓在打印的部分上。熱量，壓力以及冷卻后的印刷零件的結合使膠帶可以使零件熔融。Desktop Metal正在通過Fiber HT和Fiber LT 3D打印機發布該技術。 LT的年度訂購價為3,495美元，可打印PA6-碳纖維或PA6-玻璃纖維帶。 HT（每年5,495美元）不僅可以使用這些膠帶進行打印，還可以與碳纖維或玻璃纖維結合使用的PEEK或PEKK。 HT也有兩個打印頭，而LT只有一個。此外，Fiber HT還具有使用其軟件中的高級設置來管理纖維方向的能力，可以實現小于1％的孔隙率，并且可以以高達60％的纖維體積比進行打印。

同樣在Formnext上，Anisoprint推出了其生產規模的CFC系統，即Anisoprint ProM IS500。該系統具有600 mm x 420 mm x 300 mm的構建體積，該系統具有可打印PEEK和PEI的加熱構建室，并且可以進行自動化校準和其他生產質量功能。借助四個可互換的打印頭，除碳纖維外，它還將能夠結合不同的復合材料。該系統還將配備用于優化晶格結構印刷的軟件。 Anisoprint的目標是在2020年底交付其首批ProM IS 500系統。雖然這是俄羅斯公司的第一臺生產級碳纖維3D打印機，但它可能面臨激烈的競爭，因為還有許多其他公司正在以獨特的方式從事碳纖維3D打印的領域的研究。
（責任編輯：fqj）