自20世纪70年代以来，碳纤维由于具有较高的强度重量比和刚度，一直被用作钛等金属相对便宜的替代品。因此，找到一种利用碳纤维和其他增强材料进行3D打印的方法，已经成为增材制造领域许多初创企业和老牌制造商的目标。Markforged是第一个使用MarkOne 3D打印机将连续碳纤维引入3D打印的公司。不管你是否意识到，碳纤维现在已经渗入到你的生活中。尽管它主要应用于航空航天，但也越来越多地进入汽车，土木工程，电子和体育用品领域。航空航天领域的主要目标之一是减轻飞机的重量，从而减少将大型器件推向天空所需的昂贵燃料。波音787是首款大量用碳纤维材料的民用客机，其由50%的复合材料(主要是碳纤维)制造。但最近被空客A350 XWB超越，后者含有52%的碳纤维增强聚合物(CFRP)部件。在汽车行业，由于碳纤维的价格，碳纤维增强材料一般用于赛车和超级跑车等特殊车辆上。宝马在其量产的i3和i8电动汽车中采用了碳纤维，这些汽车的底盘由大量碳纤维增强复合材料制成。通过碳纤维的使用，能够减轻汽车重量，从而节约能源，让电池的续航能力更强。碳纤维增强复合材料的部件更容易出现在赛车和超级跑车等特殊车辆上。宝马在其量产的i3和i8电动汽车中开发了这种材料的专业技术，这些汽车的底盘由大量碳纤维增强复合材料制成。通过使用碳纤维，这家汽车公司能够减轻汽车的重量，让电池进一步推动汽车。不过，较新的宝马iNext将减少碳纤维增强复合材料产品的使用，部分原因是电池容量的增加和对电动汽车的需求增加，使碳纤维的成本竞争力下降。如果你是网球爱好者或自行车爱好者，你可能会买一个碳纤维球拍或自行车架。碳纤维发明于19世纪下半叶，最初用于灯泡的灯丝。直到1958年联合碳化物公司开始生产用于制造业的碳纤维，世界各地的研究人员才开始探索碳纤维的其他用途。如今，大约90%的碳纤维是通过加热一种石油的衍生聚合物——聚丙烯腈（PAN）制得的。由于PAN教容易获得，PAN基碳纤维将继续发展。PAN首先被纺成长丝纱线，然后加热到300℃将其稳定化，以便于进行接下来的步骤：碳化。在碳化过程中，前驱体材料被拉成长束，在惰性(无氧)气体中加热到2000℃。如果没有氧气，这种材料就不会燃烧，而是会除去除碳原子以外的所有原子。碳化的结果是形成了一层仅5至10微米厚的细丝状碳层。然后将碳纤维浸入到气体（空气，二氧化碳或臭氧）或液体（次氯酸钠或硝酸）中，以便可以更轻松地与其他材料粘合。碳纤维可以绕成卷轴，也就是所谓的“丝束”，并以这种形式使用;然而，更常见的是被编织成片材，这些薄片与聚合物树脂基体结合，制造出碳纤维增强复合材料制品。以哪种形式使用通常取决于组件的制造过程。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。对于诸如制造飞机的大规模的作业，已经发展了更先进和更昂贵的铺设碳纤维的方法。自动铺带可以实现使用一个大型的机械机架系统将3到12英寸宽的预浸带卷在一个零件上，进行加热和压缩。尽管它的吞吐率不尽相同，但自动纤维铺放（AFP）技术与碳纤维丝束执行的操作类似，从而可以实现更高的精度和几何复杂性。碳纤维具有各向异性（方向相关）的特性。一个纤维增强材料（例如一块木板）：沿纹理方向最硬。因此，在制造增强布时，碳纤维通常以纵横交错的方式编织。随着我们对将碳纤维引入到3D打印中各种方法的了解，碳纤维的各向异性这一特性将发挥更大的作用。
内容来源：3dprint.com 由Carbontech翻译并整理，转载请注明出处
