如果說70億美金的3D打印行業(yè)的確要獲得千億美金的制造市場的一部分份額，3D打印技術(shù)就需要在設(shè)備工藝與材料兩方面發(fā)力。這方面Carbon與惠普正在通過他們的工藝來展示這種可能性變成現(xiàn)實。
飛機上碳纖維比例逐年提高
材料領(lǐng)域，材料化學(xué)公司從杜邦到伊士曼紛紛投身到3D打印材料的研究中。而根據(jù)市場咨詢公司IDTechEx,到2025年材料市場有望達到83億美金的市場份額，3D科學(xué)谷認為雖然光固化目前占據(jù)材料市場的最大市場份額，然而要跟傳統(tǒng)制造業(yè)競爭，復(fù)合材料將是3D打印成為主流技術(shù)的背后驅(qū)動力之一。點擊GE視頻，了解復(fù)合材料在航空領(lǐng)域的重要性。
而復(fù)合材料領(lǐng)域，對于制造業(yè)來說最重要的一個領(lǐng)域就是碳纖維增強材料，可以提供與金屬相當(dāng)?shù)膹姸?，又非常輕，碳纖維在需要考慮重量與強度比的行業(yè)包括航空航天、汽車領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。
碳纖維從1970年后就開始進入工業(yè)制造領(lǐng)域，應(yīng)用到汽車、運動品、工程與電子領(lǐng)域。而空客的A350XWB包括了52%的碳纖維增強（CFRP)部件，波音787Dreamliner包括了50%的碳纖維增強（CFRP)部件。汽車領(lǐng)域的寶馬BMWi3也大量使用碳纖維增強部件。
傳統(tǒng)工藝制造碳纖維的過程十分復(fù)雜并需要大量的人力勞動。3D打印為碳纖維制造帶來了新的領(lǐng)域，更方便，并不需要大量的人工。
通過FDM熔融擠出的方式打印碳纖維需要將碳纖維與熱熔塑料一起打印。在這方面，荷蘭的colorFabb公司的XT-CF20材料里面含有伊士曼化工的PETG材料以及20%的碳纖維材料。3DXTECH也是用伊士曼PETG材料結(jié)合高模量碳纖維制成復(fù)合材料。PETG這種材料，本身就有很好的延展性，而且它能在承受更高的CF負載的同時保持一定的延展性和抗沖擊性。它能夠很好地粘附在多種構(gòu)建平臺上，同時也具有優(yōu)異的層粘合，而碳纖維的加入不僅增加了它的剛性和尺寸穩(wěn)定性。另外一家公司，Proto-pasta的碳纖維增強材料PLA，一種玉米淀粉提取的衍生塑料和碳纖維復(fù)合材料。
PLA可能是最容易打印的，ABS與PETG強度更大，尼龍難以打印，但比起其他材料耐磨性最好。如果要與工業(yè)級零件競爭，PEEK應(yīng)該是理想的選擇，PEEK最強，最耐熱，化學(xué)和抗潮濕性能最好。桌面型打印機方面，Markforged的設(shè)備還可以用來制造尼龍?zhí)祭w維增強材料。另外一家公司，OrbitalComposites也開發(fā)出了可以打印復(fù)合材料長絲的設(shè)備，并且還準備在外太空零重力情況下打印。
來自美國硅谷的ArevoLabs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。
ArevoLabs推出了一個可擴展的以機器人為基礎(chǔ)的增材制造RAM（Robot-BasedAdditiveManufacturing）設(shè)備用來打印復(fù)合材料。3D科學(xué)谷曾介紹過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ABBIRB120六軸機器人，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。
ImpossibleObjects的CBAM（composite-basedadditivemanufacturingmethod）工藝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。
ImpossibleObjects的工作原理是當(dāng)CAD文件被切圖成獨立的位圖層，打印機就將熱塑性液滴按照位圖模型打印到復(fù)合材料的基層上，隨后基層材料中那些沒有被液滴黏住的粉末被吹吸掉，只留下根據(jù)位圖模型形成的粘結(jié)劑與復(fù)合材料。
比桌面型設(shè)備打印速度快10倍，ImpossibleObjects的CEORobertSwartz相信他們的打印速度可以提高到100米每分鐘。目前設(shè)備可以打印的尺寸是12inx16in(305mmx406mm)。另外，3D科學(xué)谷了解到ImpossibleObjects的設(shè)備還處于測試驗證階段，定于2017年正式上市。
除了ImpossibleObjects的CBAM技術(shù)，EnvisionTec推出了SLCOM13D打印機，該打印的核心技術(shù)是EnvisionTec擁有專利的SLCOM(selectivelaminationcompositeobjectmanufacturing)技術(shù)。
EnvisionTEC與2016年中推出SLCOM1工業(yè)級復(fù)合材料3D打印機，SLCOM?可以用來加工玻璃纖維織物、碳纖維織物或其他品種的加強型芳綸纖維織物，可選擇使用尼龍6、尼龍11、尼龍12、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚碳酸酯和很多其他材料予以增強。適用于航空航天、汽車、消費品、體育用品和醫(yī)療領(lǐng)域潛在應(yīng)用的高品質(zhì)3D打印零部件的定制化。這些復(fù)合材料可度身定制，使其具備非凡的韌性、耐候性、減震性能、不易燃性、高耐磨性和高強度重量比。
Electroimpact開發(fā)的AFP（AutomatedFiberPlacement）超薄碳纖維層鋪疊技術(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。
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