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碳纤维3D打印机原理详解以及行业应用分享

2020-07-17

碳纤维3D打印可能是继金属3D打印之后第二个最受追捧的增材制造技术。有赖于增材制造领域的最新发展,人们终于实现能够使用各种难以捉摸的材料进行打印的现实。然而,并非所有碳纤维3D打印机都是相同的——一些机器使用微观短切纤维来增强传统的热塑性塑料,而另一些机器使用铺设在热塑性基体(通常填充有短切纤维)内部的连续纤维来在零件内部创建“骨架”。

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碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成,经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”,质量比金属铝轻,但强度却高于钢铁,并且具有耐腐蚀、高模量的特性,在国防军工和民用方面都是重要材料。

 目前有两种碳纤维打印方法:短切碳纤维填充热塑性塑料和连续碳纤维增强材料。 短切碳纤维填充热塑性塑料是通过标准FFF(FDM)打印机进行打印,由热塑性塑料(PLAABS或尼龙)组成,这种热塑性塑料由微小的短切原丝进行增强,即碳纤维。 另一方面,连续碳纤维制造是一种独特的打印工艺,其将连续的碳纤维束铺设到标准FFFFDM)热塑性基材中。

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Mark Two 3D打印机就是其中的典型代表机型。整机定位在桌面级产品,长宽高分别为575x322x360mm,成型尺寸为305x160x160mm。其特点在于,一是可使用碳纤维作为打印材料,二是使用复合材料,直接制作高强度的部件和工具。该机型采用双挤出头,可兼容碳纤维、玻璃纤维、尼龙和PLA耗材;制作实际部件时能够选择合适的材料,兼顾强度和成本;3D打印的部件甚至能够取代经过金属加工的部件。

短切碳纤维基本上是标准热塑性塑料的增强材料。它允许以更高的强度打印一般来说性能较弱的材料。然后将该材料与热塑性塑料混合,并将所得混合物挤压成用于熔融长丝制造(FFF)技术的线轴。对于使用FFF方法的复合材料,材料由短切纤维(通常是碳纤维)与传统热塑性塑料(如尼龙、ABS或聚乳酸)混合而成。尽管FFF工艺保持不变,但短切纤维增加了模型的强度、刚度,并改善了尺寸稳定性,表面光洁度和精度。

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当今,增材制造领域已经呈爆发式成长,一些打印机提供了碳纤维打印的能力。碳纤维材料为3D打印技术在制造业应用提供更多可能。将碳纤维添加到3D打印耗材中,可有效改善耗材的抗拉强度、耐磨性、耐高温,因为碳纤维比强度高,同时减轻了3D打印模型的重量,在航空航天/汽车/轨道交通等行业有着广泛的应用前景。

 


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