碳纖維3D印表機原理詳解以及行業應用分享

碳纖維3D列印可能是繼金屬3D列印之後第二個最受追捧的增材製造技術。有賴於增材製造領域的最新發展，人們終於實現能夠使用各種難以捉摸的材料進行列印的現實。然而，並非所有碳纖維3D印表機都是相同的——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零件內部創建"骨架"。

碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維"外柔內剛"，質量比金屬鋁輕，但強度卻高於鋼鐵，並且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。

目前有兩種碳纖維列印方法：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）印表機進行列印，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行增強，即碳纖維。 另一方面，連續碳纖維製造是一種獨特的列印工藝，其將連續的碳纖維束鋪設到標準FFF（FDM）熱塑性基材中。

Mark Two 3D印表機就是其中的典型代表機型。整機定位在桌面級產品，長寬高分別為575x322x360mm，成型尺寸為305x160x160mm。其特點在於，一是可使用碳纖維作為列印材料，二是使用複合材料，直接製作高強度的部件和工具。該機型採用雙擠出頭，可兼容碳纖維、玻璃纖維、尼龍和PLA耗材；製作實際部件時能夠選擇合適的材料，兼顧強度和成本；3D列印的部件甚至能夠取代經過金屬加工的部件。

短切碳纖維基本上是標準熱塑性塑料的增強材料。它允許以更高的強度列印一般來說性能較弱的材料。然後將該材料與熱塑性塑料混合，並將所得混合物擠壓成用於熔融長絲製造（FFF）技術的線軸。對於使用FFF方法的複合材料，材料由短切纖維（通常是碳纖維）與傳統熱塑性塑料（如尼龍、ABS或聚乳酸）混合而成。儘管FFF工藝保持不變，但短切纖維增加了模型的強度、剛度，並改善了尺寸穩定性，表面光潔度和精度。

當今，增材製造領域已經呈爆發式成長，一些印表機提供了碳纖維列印的能力。碳纖維材料為3D列印技術在製造業應用提供更多可能。將碳纖維添加到3D列印耗材中，可有效改善耗材的抗拉強度、耐磨性、耐高溫，因為碳纖維比強度高，同時減輕了3D列印模型的重量，在航空航天/汽車/軌道交通等行業有著廣泛的應用前景。