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3D 打印碳纖維終極指南

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當(dāng)您的零件或產(chǎn)品需要出色的機(jī)械性能、輕量化和耐用性時(shí)，碳纖維是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的黃金標(biāo)準(zhǔn)。其出色的強(qiáng)度重量比使其成為高性能工程應(yīng)用、車(chē)間工具、工廠夾具和固定裝置、車(chē)身原型等的首選材料。

碳纖維3D打印自20世紀(jì)60年代開(kāi)始流行，最近作為一種賦予塑料部件金屬級(jí)強(qiáng)度以及耐熱、耐化學(xué)品和耐腐蝕的材料而成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

今天魔猴網(wǎng)將和大家一些了解3D打印碳纖維相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

一、什么是碳纖維3D打印？

使用Formlabs的碳纖維注入尼龍11粉末材料進(jìn)行SLS 3D打印的零件（來(lái)源：Formlabs）

碳纖維3D打印是使用嵌入聚合物粉末或長(zhǎng)絲中的短切或連續(xù)碳纖維材料進(jìn)行3D打印的總稱(chēng)。注入碳纖維的“基礎(chǔ)”材料可以是尼龍、PEEK或各種其他聚合物，并且材料中碳纖維的含量各不相同。由于該材料是帶有聚合物的碳纖維，因此您有時(shí)會(huì)聽(tīng)到這種類(lèi)型的3D打印被稱(chēng)為“復(fù)合”3D打印。

碳纖維的兩種主要3D打印技術(shù)是：

熔融沉積成型(FDM)

選擇性激光燒結(jié)(SLS)

FDM（左）和SLS（右）技術(shù)示意圖（來(lái)源：Hubs）

1、FDM工藝3D打印碳纖維

FDM 3D打印是制造碳纖維零件最方便、最通用的方法。

只要使用硬化鋼噴嘴，碳纖維絲就可以用于多種FDM 3D打印機(jī)，但材料可能會(huì)有所不同。含有碳纖維顆粒的長(zhǎng)絲的工作原理相同：擠出機(jī)產(chǎn)生的熱量使長(zhǎng)絲變得柔韌，并使嵌入的碳纖維在打印方向上對(duì)齊，從而賦予最終打印件強(qiáng)度和剛度。

碳纖維打印的第二種方法是連續(xù)碳纖維（CCF），它使用雙擠出噴嘴。一臺(tái)擠出機(jī)鋪設(shè)一層連續(xù)碳纖維，而另一臺(tái)則鋪設(shè)一層另一種材料。這種方法制造的零件比使用短纖維更堅(jiān)固，并提供更一致的負(fù)載分布。它非常適合不需要整個(gè)碳纖維，而是在特定區(qū)域（例如僅在外壁上）進(jìn)行加固的零件。

Raise3D E2CF桌面打印機(jī)專(zhuān)為碳纖維注入長(zhǎng)絲而設(shè)計(jì)（來(lái)源：Raise 3D）

這種方法的另一個(gè)版本是連續(xù)纖維共擠出(CFC)，其中塑料材料和連續(xù)纖維在擠出機(jī)內(nèi)融合。

這兩種方法非常有趣的是，根據(jù)填充和沉積策略，可以將自定義材料屬性構(gòu)建到零件中，而無(wú)需改變其凈形狀。不同的加固策略包括脫殼、纖維面板條紋、羅紋和纖維角度等。

Sinterit Nils 480是一款SLS 3D打印機(jī)，能夠使用碳纖維尼龍制造零件（來(lái)源：Sinterit）

2、SLS工藝3D打印碳纖維

SLS 3D打印使用高功率激光將粉末塑料材料一次一層地融合在一起形成3D形狀。它可以同時(shí)制造出細(xì)節(jié)精致、堅(jiān)固、耐用且耐熱的零件。碳纖維尼龍(CF-PA)是SLS 3D打印最常用的材料之一。

碳纖維填充尼龍往往具有高度各向異性，這意味著材料屬性將根據(jù)打印過(guò)程中零件的方向而變化，因?yàn)樾±w維將與粉末在構(gòu)建平臺(tái)上的分布方式對(duì)齊。例如，這個(gè)方向的拉伸強(qiáng)度將比其他兩個(gè)方向高得多，因此零件方向很重要，您的構(gòu)建準(zhǔn)備軟件應(yīng)該提醒您注意這一點(diǎn)。

二、碳纖維3D打印的主要優(yōu)點(diǎn)