碳纖維3D打印領(lǐng)域的相關(guān)企業(yè)以及應(yīng)用技術(shù)

（文章來源：中關(guān)村在線）

經(jīng)過多年的研究，基于伊利諾伊州的Impossible Objects已開始商業(yè)化其基于復(fù)合材料的增材制造（CBAM）工藝。在CBAM中，粘合材料先沉積在增強(qiáng)材料片上，然后再用熱塑性粉末填充，該粉末僅粘在粘合材料上。隨后將粉末吹出或抽真空。剩下的只是增強(qiáng)纖維片上的塑料基質(zhì)。相同的過程一層又一層地繼續(xù)進(jìn)行，這些薄片一個(gè)接一個(gè)地堆疊。最終將堆疊物壓縮并移入將塑料基質(zhì)融化在一起的烤箱中。從烤箱中取出物體后，使用化學(xué)浴或砂塑料將多余的基質(zhì)材料除去，剩下最終物體。

增強(qiáng)材料的范圍從碳纖維和玻璃纖維到聚酯，聚乙烯醇，PLA甚至絲綢和棉花。由于粉末在最初沉積時(shí)不會熔化，因此基質(zhì)材料的種類可能比其他3D打印過程寬得多。目前，該公司已演示了PEEK和Nylon 12的用法，但正在開發(fā)一種用于CBAM的彈性體以及其他材料。

使用這種技術(shù)打印的物體可以比通過熔融沉積建模（FDM）制成的零件強(qiáng)10倍。 CBAM-2 3D打印機(jī)能夠使用12英寸x 12英寸的紙張進(jìn)行打印，但是該公司的創(chuàng)始人Robert Swartz設(shè)想能夠打印整個(gè)汽車引擎蓋一樣大的零件，并且速度可以達(dá)到每分鐘100米。

幾何形狀受所需的后處理限制。噴砂將限制形狀的復(fù)雜性，因?yàn)楹茈y達(dá)到內(nèi)部幾何形狀。化學(xué)過程使結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，因?yàn)槎嘤嗟奈镔|(zhì)被溶解掉了。盡管CBAM不能制造出與使用傳統(tǒng)復(fù)合材料制造的零件一樣堅(jiān)固的零件，但與使用傳統(tǒng)技術(shù)生產(chǎn)的零件相比，它可以更快地制造更復(fù)雜的零件。而且還非常節(jié)省勞動力。

CBAM-2仍然是新的上市產(chǎn)品，已于2019年5月推出，預(yù)計(jì)將于今年第三季度交付。但是，尚未發(fā)布有關(guān)初始發(fā)貨的消息。我們確實(shí)知道Impossible Objects的旗艦Model One系統(tǒng)確實(shí)向包括福特汽車公司和捷普公司在內(nèi)的客戶推出。

Leapfrog 3D打印機(jī)的兩位前聯(lián)合創(chuàng)始人Lucas Janssen和Maarten Logtenberg離開了臺式機(jī)3D打印業(yè)務(wù)，以開發(fā)大型連續(xù)碳纖維3D打印機(jī)。兩人成立了一家名為CEADgroup的公司，致力于創(chuàng)造出大型，快速，可靠且能夠生產(chǎn)堅(jiān)固零件的產(chǎn)品。結(jié)果就是連續(xù)纖維增材制造（CFAM），據(jù)該公司稱，該工藝可以以15公斤/小時(shí)的速度3D打印尺寸為4m x 2m x 1.5m的零件。如在注塑成型行業(yè)中通過使用工業(yè)擠出機(jī)和料斗來處理塑料顆粒，可以實(shí)現(xiàn)快速沉積速度。迄今為止可以印刷的基質(zhì)材料包括PET，PP，ABS和PEEK。增強(qiáng)材料僅限于碳纖維和玻璃纖維，但該公司希望擴(kuò)大到包括光學(xué)玻璃，銅和鋼纖維。

CEAD聲稱CFAM通過加入連續(xù)纖維增強(qiáng)材料可以使部件的強(qiáng)度提高六倍，但是尚未公開將增強(qiáng)材料送入印刷品的確切性質(zhì)。

短切碳纖維比連續(xù)碳纖維要弱。但是，F(xiàn)ortify是一家初創(chuàng)公司，憑借其數(shù)字復(fù)合材料制造（DCM）技術(shù)，該材料的分段特性具有獨(dú)特優(yōu)勢。DCM是一種新型的數(shù)字光處理（DLP）技術(shù)，其中使用投影儀來固化光敏聚合物樹脂。在DCM的情況下，液體中會填充增強(qiáng)添加劑，例如切碎的碳纖維，這些添加劑會在打印過程中使用磁場對齊。

反過來，可以在必要時(shí)對添加劑進(jìn)行定向，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)零件的最佳物理性能。 DCM可以生產(chǎn)與標(biāo)準(zhǔn)DLP零件具有相同幾何復(fù)雜度的零件，但支撐結(jié)構(gòu)較少且懸垂較大。到目前為止，該公司仍處于早期階段，為潛在客戶制造零件，但是到目前為止開發(fā)的增強(qiáng)材料包括碳纖維，玻璃纖維和高溫陶瓷添加劑。特別是，該公司認(rèn)為其技術(shù)對于注塑成型的印刷工具很有價(jià)值。

另外還有更多的知名公司和研究機(jī)構(gòu)用碳纖維做有趣的事情。 2016年，EnvisionTEC展示了一款大型3D打印機(jī)，據(jù)說該打印機(jī)能夠進(jìn)行3D打印復(fù)合材料。Stratasys還曾與西門子一起開發(fā)一種碳纖維3D打印方法，但在這方面也沒有任何更新。

橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）也一直在研究這種材料，已經(jīng)協(xié)助辛辛那提公司提供了大面積增材制造技術(shù)。該工藝的特點(diǎn)是將短纖維填充的塑料迅速沉積到接近最終形狀，并負(fù)責(zé)3D打印Shelby Cobra復(fù)制品以及Local Motors的車輛。
（責(zé)任編輯：fqj）