絕對不容忽視的碳纖維3D打印

　　“ 碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維“外柔內(nèi)剛”，質(zhì)量比金屬鋁輕，但強度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。

　　來自美國硅谷的Arevo Labs

　　Arevo Labs不僅提供碳纖維工業(yè)級3D打印機，還提供3D打印的新型碳纖維和碳納米管（CNT）增強型高性能材料，而且使用其專有的3D打印技術(shù)和專用軟件算法可以使用市場上現(xiàn)有的長絲融熔3D打印機制造產(chǎn)品級的超強聚合物零部件。Arevo Labs推出了一個可擴展的以機器人為基礎(chǔ)的增材制造（RAM-Robot-Based Additive Manufacturing）設(shè)備用來打印復(fù)合材料。該平臺由一個市售的機械臂，復(fù)合沉積端執(zhí)行器和一個全面的軟件套件。

　　目前軟件是專門針對ABB IRB 120六軸機器人，但可擴展的軟件也可以支持更大的ABB機器人型號和尺寸，根據(jù)機器人的大小，打印體積可以從1000立方毫米達到8立方米。

　　末端執(zhí)行器的硬件包括一個用于處理高性能碳纖維增強熱塑性塑料的熱管理沉積頭。Arevo軟件套件將計算機輔助設(shè)計模型轉(zhuǎn)換為一組執(zhí)行增材制造的指令發(fā)送給機器人。該軟件提供了六度的自由度和多軸的工具路徑，機器臂在三維表面可變方向。一個精確的運動學(xué)仿真解釋材料沉積指令驗證和優(yōu)化打印過程。

　　Impossible Objects的VBAM工藝

　　Impossible Objects的composite-based additive manufacturing method （CBAM） 工藝將一層層的特定材料堆疊起來，并用內(nèi)置熱源把它們?nèi)诤显谝黄?。最后，由一名技術(shù)人員將不需要的材料移除，打印過程就算完成了。

　　Impossible Objects將強度更高的材料用于3D打印技術(shù)，比如碳纖維、芳綸（Kevlar）和玻璃纖維等。打印完成后的零部件要比使用傳統(tǒng)熱塑性材料3D打印出來的部件強度要高2倍—10倍。 由于其獨特的復(fù)合材料構(gòu)成，用戶也可以通過定制以用于各種應(yīng)用，包括熱和化學(xué)腐蝕等環(huán)境。Impossible Objects當(dāng)前的商業(yè)模式是為客戶提供高強度塑料產(chǎn)品的打印服務(wù)，他們正在將其CBAM技術(shù)設(shè)備商業(yè)化，下一步為客戶提供出售設(shè)備的服務(wù)。

　　ElectroImpact的Automated Fiber Placement （AFP）

　　Electroimpact開發(fā)的永久形式的超薄碳纖維層技術(shù)，碳纖維打印設(shè)備很精細，但價格也非常昂貴，設(shè)備有著一個長達 6.4 米（21 英尺）的機械臂，頭部有 16 個類似于老式縫紉機上線轱轆的裝置，整個手臂被架置在 12 米長的軌道上，可以圍繞模型運動進行快速打印，大大節(jié)約零部件和原型產(chǎn)品生產(chǎn)時間，降低成本，使用的材料則是兼具堅固和輕質(zhì)的碳纖維。

　　NASA 位于阿拉巴馬州的馬歇爾宇航中心，用于建造火星等載人航天器中的零部件購買過Electroimpact的3D打印設(shè)備?；?a href="http://ttokpm.com/v/tag/773/" target="_blank">工作原理和常見的3D 打印機類似，可以打印最寬近 8 米（26 英尺）的部件，這幾乎是航天器上零部件尺寸的上限了。比較核心的一點是 Electroimpact 開發(fā)的 Automated Fiber Placement（AFP，碳纖維自動放置）技術(shù)，最直接的效果是打印大型部件的速度，在不平整和復(fù)雜的表面上，它的打印速度可以達到 2000 英寸／分鐘，也就是 50 米／分鐘。

　　波音也購買了多臺Electroimpact的AFP設(shè)備， 用于制造波音777X的飛機翅膀上的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。國際上與Electroimpact競爭的設(shè)備包括Ingersoll Rockford，來自巴黎的Fives Group，以及西班牙的 MTorres（MTorres于2012被Pacifica Engineering收購）。當(dāng)然Electroimpact的AFP技術(shù)是否可以被列為3D打印技術(shù)的一種，3D科學(xué)谷亦心存疑慮，必竟在ASTM F2792標(biāo)準(zhǔn)里并沒有關(guān)于AFP這一項。然而，ASTM標(biāo)準(zhǔn)也在不斷更新和完善，其技術(shù)種類擴充亦有待進一步追蹤。

　　桌面級的Mark One

　　Mark One，使用碳纖維作為耗材，是全球首款能打印復(fù)合材料的桌面3D打印機。

　　Mark One 3D打印機整機定位在桌面級產(chǎn)品，長寬高分別為575x322x360mm，成型尺寸為305x160x160mm。其特點在于，一是可使用碳纖維作為打印材料，二是使用復(fù)合材料，直接制作高強度的部件和工具。該機型采用雙擠出頭，可兼容碳纖維、玻璃纖維、尼龍和PLA耗材；制作實際部件時能夠選擇合適的材料，兼顧強度和成本；3D打印的部件甚至能夠取代經(jīng)過金屬加工的部件。2015年的收入同比增長400%。