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碳纤维在3D打印中有什么作用

2019-05-23 20:09:24 5

碳纤维由对齐的碳原子链组成,具有极高的拉伸强度。 单独使用它们并不是特别有用 - 它们的薄而脆的特性使它们在任何实际应用中都很容易断裂。 然而,当使用粘接剂将纤维分组并粘合在一起时,纤维会平滑地分布负载,并形成一种强度极高、重量轻的复合材料。 这些碳纤维复合材料以片材,管材或定制的成型特征的形式出现,并用于航空航天和汽车等行业,强度与重量比占主导地位。 通常,热固性树脂用作粘合剂。

3D打印技术的最新发展使公司能够使用碳纤维进行打印,尽管使用的粘合材料与标准碳纤维工艺不同。树脂不会熔化,因此不能通过喷嘴挤出——为了解决这个问题,3D打印机用易于印刷的热塑性塑料替代树脂。虽然这些部件不像树脂基碳纤维复合材料那样耐热,但它们确实受益于纤维的强度。

当前,利用3D打印增材制造技术应用于碳纤维增强塑料及复合材料(SCFT、LCFRT、CFRP和CFRTP)在国内外己经成为快速发展的碳纤维复合材料制备的数字化、智能化、自动化的高科技新技术。相比传统碳纤维复合材料成型与制备工艺相比,具有工艺简单、加工成本低、原材料利用率高、生产技术绿色与环保、降低制件的制造成本,同时实现复合材料制件的结构设计与制造一体化完成、无需再开模具制造、可以反复数字化修模与打印制件验证,从而可以加快开发周期、节约开发成本,可作为一种低成本快速成形制造的一种有效技术方案。碳纤维增强塑料及复合材料在航空航天和军工可以用3D打印技术制造出更轻、更强的工业级轻量化复合材料的复杂结构零部件。碳纤维(CF)成本较高、制备工艺条件及控制复杂、特殊的加工成型专用设备少和专业工程技术人员缺乏,使其在3D打印行业发展与应用较少,但是在国内外各个行业的末来应用发展潜力巨大,特别在航空航天、新能源电动汽车研究及开发上具有广泛的应用前景和发展。

通过FDM熔融挤出的方式打印碳纤维需要将碳纤维复合材料与热熔塑料一起打印,例如利用PETG这样的热熔塑料,PETG这种材料,本身就有很好的延展性,而且它能在承受更高的CF负载的同时保持一定的延展性和抗冲击性。它能够很好地粘附在多种构建平台上,同时也具有优异的层粘合,而碳纤维的加入还能增加它的刚性和尺寸稳定性。荷兰colorFabb公司的XT-CF20打印材料里面就含有伊士曼化工的PETG材料以及20%的碳纤维材料,3DXTECH也是用伊士曼PETG材料结合高模量碳纤维制成复合材料。另外一家公司,Proto-pasta的碳纤维增强材料PLA,是一种玉米淀粉提取的衍生塑料和碳纤维复合材料的合成。