新技术：碳纤维3D打印，第四部分

在本系列的第一，第二和第三部分中，我们讨论了复合材料3D打印中发生的各种技术发展，但尚未涵盖除碳纤维外所使用的材料。

与碳纤维一起使用的基体材料与增强材料本身一样重要。在本节中，我们将探讨迄今为止在碳纤维3D打印中使用的基体聚合物。我们还将介绍其他一些代替碳纤维的增强材料。

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短纤维填充长丝

Chopped Fiber-Filled Filaments

除了增材制造(AM)，可以用纤维材料增强的基体聚合物的范围很广，包括许多环氧树脂、聚酯、尼龙和乙烯基配方。然而，在3D打印中，所开发的每一种新材料都是基于给定的AM技术参数进行处理的。

对于填充短切碳纤维的3D打印长丝，使用的基体材料有很多种，从ABS和PLA到聚碳酸酯和聚醚醚酮。事实上，在FFF 3D打印中，碳纤维复合长丝的种类和热塑性塑料的种类一样多。

然而，除了短切碳纤维填充长丝外，基体材料的限制条件要大得多。此外，虽然有更多的材料正在开发中，但连续增强3D打印公司使用的两种主要基质聚合物是尼龙和PAEK的变体。

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尼龙（聚酰胺）

Nylon (Polyamide)

许多关注连续碳纤维3D打印技术的有趣初创公司都使用尼龙6或尼龙12作为基体材料。尼龙是第一种在商业上成功的合成聚合物，是一种由原油衍生的丝般柔韧的材料。在用于牙刷中的硬毛之后，这种塑料在第二次世界大战期间被用于制造降落伞，防弹衣，绳索和头盔衬里时得到了广泛应用。

尼龙纤维的扫描电子显微镜图像。图片由CSIRO提供

尼龙以其抗冲击、耐磨性、耐化学性、柔韧性、耐久性和尺寸稳定性而著称。它也具有吸湿的，意味着它很容易吸收水分，这可能会对上述性能产生负面影响。

在AM和其他地方，您可能会遇到尼龙的不同变体，包括6 / 6、6、6 / 12、11和12。到目前为止，在碳纤维3D打印中，只有6和12可以买到。尼龙6具有与尼龙12相似的硬度，抗张强度和耐磨性。尼龙12具有较低的吸湿性，良好的耐化学性并且可以接受高填充量的填充材料。尼龙12的熔点也最低。

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PAEK家族

The PAEK Family

聚芳醚酮(PAEK)家族的半结晶聚合物在某种程度上代表了3D打印塑料的黄金标准。这些家族成员必须具有良好的基因，因为它们都具有很高的机械强度，耐高温和耐化学性以及低易燃性。该组材料还显示出高介电强度和导热性。

用碳纤维增强的PEEK打印的3D CNC夹具。图片由Desktop Metal提供。

您将从第三波桌面3D打印机制造商了解到，使用PAEK塑料打印需要极高的挤压温度，并且需要一个封闭的加热室来保持适当的层间粘附。

提供PAEK聚合物增强3D打印的公司主要关注PEEK和PEKK。然而，值得一提的是，他们的低成本表弟聚醚酰亚胺(PEI)，更广为人知的品牌名称ULTEM，只是因为它是一个重要的聚合物在AM整体。

尽管PEKK具有与上述PEEK相同的所有特性，但PEKK表现出更大的抗压强度，并且比其醚外倾向的同胞具有更大的加工参数。可以在比PEEK更低的温度下打印，并具有更好的层粘附性。PEI比其表亲更弱，耐热性更差，但价格更便宜。

尽管复合3D打印公司尚未提供PEI，但由于Stratasys广泛实施，其价格较低且已经具有与之相关的航空标准，因此PEI不会出现这种情况。

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碳纤维的替代品

Carbon Fiber Alternatives

玻璃纤维:玻璃纤维是碳纤维的低成本替代品。虽然没有那么硬，但它比塑料材料本身更硬，并显示出高的电气绝缘性能和良好的耐热性。

玄武岩纤维。图片由Technobasalt提供。

玄武岩：玄武岩由火山岩形成，在成本方面可与玻璃纤维相媲美，但比最常见的玻璃纤维E-glass更坚固。

芳纶纤维：芳纶纤维与本系列中讨论的其他增强纤维相比，虽然价格较高，但是殷切其（商品名称Kevlar可能更为大家所熟知）密度小，因此材料较轻。

陶瓷：陶瓷强度较高

文章来源：3dprint.com