新技术：碳纤维3D打印（一）

延伸阅读：新技术：碳纤维3D打印（二）

延伸阅读：新技术：碳纤维3D打印（三）

自1970年代以来，由于碳纤维具有很高的强度重量比和刚度，因此已被用作相对便宜的替代金属，如钛材料等。因此，寻找一种用碳纤维和其他增强材料进行3D打印的方法已成为增材制造领域许多初创企业和成熟制造商的目标。

魔猴网将在简短的系列文章中研究这种奇妙的材料，该材料跟踪碳纤维的根源和生命周期，如何在制造中使用碳纤维以及如何将其编织到3D打印中。要了解在3D打印中如何使用碳纤维增强材料以及为什么使用碳纤维增强材料，有助于了解碳纤维增强材料在传统制造中的使用方式以及碳纤维零件的制造方式。

全球碳纤维技术发展情况

BMW i3的碳纤维底盘。

如果您是狂热的网球运动员或骑自行车者，则可能已投资购买了碳纤维球拍或自行车车架。还有，您可能会开车经过经过碳纤维增强混凝土改造的桥梁。

碳纤维的制造方法

碳纤维可以绕成卷轴，也就是所谓的“丝束”，然后以这种形式使用。但是，更常见的是将其编织成薄板。然后将这些薄板与聚合物树脂基体结合在一起，制成CFRP零件。发生这种情况的方式很大程度上取决于要制造的组件类型。可以将碳纤维板放入模具中，然后在模具中填充树脂并加热或暴露在空气中直至变硬。或者，可以在模具上衬上增强纤维布，然后将其放入充满树脂的真空袋中。这些过程通常是劳动密集型的，这就是为什么要进行批量生产时，使用金属模具将基体材料和碳纤维材料冲压在一起的原因。使用预浸材料可以加快这些过程。预浸料使用增强纤维，该增强纤维已被聚合物基质浸透，并且易于部署。

各向异性

值得一提的是碳纤维表现出各向异性（方向相关）的特性。考虑一下一块纤维增强材料，例如一块木板，这是最有帮助的：沿纹理最硬。因此，在制造增强布时，碳纤维经常以纵横交错的方式编织。随着我们了解将碳纤维引入3D打印的各种方法（例如，与连续碳纤维相比，短切碳纤维的强度），这一特性将发挥作用。

3D打印中的碳纤维

在碳纤维3D打印的整个世界中都可以找到许多上述技术和应用。用于纤维增强的3D打印的一些新兴方法严重依赖于预浸料，而其他方法则使用丝束。在第二部分中，我们将专门研究当前用于碳纤维3D打印的各种技术。