3d纤维是什么材料

发布网友发布时间：2024-10-08 05:47

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热心网友时间：2024-11-19 08:55

复合纤维对传统3D打印零件性能的提升，使其在强度、刚度、耐热性和耐用性方面优于常见的热塑性塑料如ABS或PLA，扩展了3D打印的应用领域。复合材料由多种材料组成，这些材料结合后获得不同于原始材料的特性，如混凝土和刨花板。在工程角度上，复合材料通常指的是含有增强纤维的材料。碳纤维、玻璃纤维和凯夫拉尔纤维是工业上常用的三种纤维材料。纤维的强度非常高，但由于其易断性，通常不会单独使用，而是编织成片状、卷成棒状或通过基体材料成型为定制形状，使其硬化成最佳结构。

碳纤维以其高强度/重量比而著名，对于制造轻巧坚固的零件非常有价值。碳纤维由碳原子组成，这些原子排列成股状，形成非常高的拉伸强度。传统的热固性树脂用于将纤维定型为特定形状，并在泡沫等基材周围固化。在3D打印中，纤维可以采用两种形式：短切纤维和连续纤维。

短切纤维是将碳纤维切成小于一毫米的片段，与传统热塑性塑料混合形成填充塑料，可用于FDM打印过程。连续纤维则需要不同3D打印方法，其中纤维束在固化剂中涂覆，然后与热塑性基质通过辅助打印喷嘴挤出。这被称为连续纤维制造。

添加纤维可以提高零件的强度和其他材料性能，但其效果取决于纤维的使用方式以及纤维种类。连续碳纤维3D打印通常比短切碳纤维3D打印更强大，因为连续性有助于分散施加的负载。

复合3D打印塑料常见的是短纤维填充塑料，通过将碳纤维碎片与传统3D打印塑料（如尼龙、ABS或PLA）混合，形成复合材料。这些纤维能够承受零件的某些应力，如混凝土添加到水泥中增强其强度，从而提高低等级材料的性能。纤维切成细片混入塑料，通过线轴与材料沉积3D打印机一起使用。在打印过程中，纤维与热塑性塑料加热、挤压并冷却形成零件。切碎的复合3D打印材料通过将普通塑料增强，增加了零件的强度、刚度和尺寸稳定性。

纤维的数量和切碎段的长度影响零件的强度和质量。不同的供应商混合不同数量的纤维，产生具有不同强度的材料。低于阈值，纤维可提高表面光洁度和打印质量；超过阈值，大量更长的纤维混合会导致更硬的材料，但表面光洁度和零件精度降低，因为在材料中塑料比例较小。热塑性塑料不可或缺，确保打印过程顺利进行，因此零件只能达到一定硬度。

连续纤维3D打印在零件上添加连续纤维增强束，以重量的较小部分实现金属强度性能。打印机使用两个喷嘴，将热塑性塑料挤出形成零件的填充物和外壳，然后将连续纤维熨平到零件中。此过程称为连续纤维制造（CFF）。CFF的力量来自于连续纤维的连续性，其能够吸收和分布整个长度上的负载。放置在热塑性基质中，零件能够承受更高载荷和更大冲击力，实现金属强度的轻型组件。

CFF 3D打印过程包括两个步骤：首先，热塑性塑料挤出形成零件的填充物和外壳；然后，将连续纤维熨平到基质中，并通过相容的树脂涂层将其与热塑性塑料融合。此过程逐层重复，使纤维成为3D打印部件的主干，热塑性塑料则作为表皮。CFF过程类似于在混凝土中铺设钢筋以增强其结构。纤维形成零件的“骨干”，并可以以特定样式铺设，以优化零件的强度、减轻重量和材料消耗。根据零件承受负载的方式，可以在特定区域铺设纤维，将强度精确放置在所需位置。这与基于标准沉积的3D打印方法形成对比，这些方法在整个零件中具有均匀特性分布。不同的纤维增强选项适用于不同的负载条件和行为。

通过选择不同的纤维类型以及控制可以在逐层放置纤维的位置，可以控制零件的行为和性能。这使连续3D打印复合材料比短切纤维材料具有主要优势之一，不仅能够获得更坚固的零件，而且能够生产针对应用优化的零件。

多种不同的纤维可用于增强，以满足特定材料需求。Markforged 3D打印机提供了几种不同的纤维材料，允许用户选择增强材料的强度特性，如玻璃纤维、碳纤维和凯夫拉尔纤维等。通过这些选择和控制，可以实现针对特定应用优化的零件设计，满足不同需求。