3D打印的出現(xiàn)給設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域帶來了一場變革性的革命。現(xiàn)在，隨著3D打印碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的出現(xiàn)，一個(gè)全新的領(lǐng)域正在展開。碳纖維最初是由約瑟夫·斯旺于1860年發(fā)明的，它是由一長串相互連接的碳原子組成的。通常，這種鏈的直徑在5到10微米之間，纖維長度可根據(jù)預(yù)期用途而調(diào)整。

隨著時(shí)間的推移，碳纖維由于其特殊的性能，如高剛度、抗拉強(qiáng)度、低重量、耐化學(xué)性、耐高溫能力和低熱膨脹，在不同的行業(yè)中獲得了顯著的普及。值得注意的是，純碳纖維盡管重量更輕，但強(qiáng)度是鋼的五倍，硬度是鋼的兩倍。這些特性使得碳纖維適用于依賴材料特性來優(yōu)化性能的應(yīng)用，特別是在航空航天、汽車、軍事和土木工程等領(lǐng)域。

3D打印碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的機(jī)械性能，無論是在韌性或是耐溫性方面，均超過了幾乎所有其他3D打印塑料。

碳纖維的長絲由長度不到一毫米的短碳纖維片段，與熱塑性塑料混合。碳纖維可以與眾多熱塑性塑料兼容，包括PLA，PETG，尼龍，ABS和聚碳酸酯。可提高絲束的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)減少整體重量。

大體上3D打印碳纖維長絲與它們結(jié)合的基材保持性質(zhì)一致。關(guān)鍵的區(qū)別在于，纖維會(huì)導(dǎo)致3D打印機(jī)中的噴嘴堵塞，因此專家建議使用硬化鋼噴嘴。此外，當(dāng)纖維含量超過一定閾值時(shí)，3D打印對象的表面光潔度可能會(huì)受到損害。

在3D打印領(lǐng)域，碳纖維的使用主要有兩種方式：通過碳纖維增強(qiáng)長絲或連續(xù)碳纖維增強(qiáng)。經(jīng)過強(qiáng)化的碳纖維長絲比未強(qiáng)化的長絲具有更強(qiáng)的強(qiáng)度。然而，對于更堅(jiān)固的部件，可以采用一種稱為連續(xù)碳纖維增強(qiáng)的替代技術(shù)。這種方法涉及到使用雙噴嘴的打印頭，一個(gè)負(fù)責(zé)擠出基材，另一個(gè)擠出碳纖維。由于連續(xù)的碳纖維沒有被切割成更小的部分，它保持了更高的強(qiáng)度水平。值得注意的是，連續(xù)的碳纖維3D打印足夠堅(jiān)固，甚至可以代替鋁，而重量只有鋁的一半。其成本之低，甚至可以在某些應(yīng)用中取代金屬3D打印。最后，根據(jù)增材制造設(shè)計(jì)技術(shù)戰(zhàn)略性地使用碳纖維，可以進(jìn)一步提高零件強(qiáng)度，同時(shí)減少材料消耗。

碳纖維復(fù)合材料可用于制造許多產(chǎn)品，如自行車車架、飛機(jī)機(jī)翼、螺旋槳、汽車零部件等。考慮到碳纖維的眾多好處，不再僅僅被傳統(tǒng)的復(fù)合材料加工工藝所使用。近年來，越來越多的3D打印公司開始提供碳纖維增強(qiáng)材料或技術(shù)。他們已經(jīng)開發(fā)出用好碳纖維增強(qiáng)的技術(shù)，使高性能應(yīng)用成為可能。因?yàn)樗鼈兡軌虺惺芨邷夭⒖焖儆行У貏?chuàng)建定制形狀。此外，它們繞過了機(jī)械加工或成型過程，簡化了定制零件、備件和功能原型的生產(chǎn)。

IDTechEx在其報(bào)告“3D打印復(fù)合材料2020-2030”中透露，到2030年，全球3D打印復(fù)合材料市場的價(jià)值將達(dá)到17億美元。這個(gè)數(shù)字包括其他復(fù)合材料，如用玻璃纖維塑料增強(qiáng)的材料。然而，這一趨勢清楚地表明，增材制造行業(yè)在其生產(chǎn)活動(dòng)中越來越多地使用包括碳纖維在內(nèi)的所有類型的復(fù)合材料。

總之，3D打印碳纖維部件具有高度通用性，適用于廣泛的應(yīng)用。它們堅(jiān)固、輕便，可以承受沖擊、高溫和化學(xué)物質(zhì)。例如，由塑料和碳纖維復(fù)合材料制成的3D打印部件可以承受汽車和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量。它們也可以取代加工鋁零件和制造夾具。