【原】新技术：碳纤维3D打印，第三部分
在这个系列的前面两个部分我们有关碳纤维制造的重要方面，以及在早期的碳纤维3D打印中，连续碳纤维与短切碳纤维的对比。然而，3D打印复合材料也有一些新兴的方法。
经过多年研究，伊利诺斯州Impossible Objects项目已经开始将其基于复合材料的增材制造(CBAM)技术商业化。在CBAM中，粘结材料先沉积在加固材料上，然后再充满热塑性粉末，热塑性粉末只附着在粘结材料上。粉末随后被吹走或用真空吸尘器吸走。剩下的就是一层增强纤维上的塑料基体。同样的过程一层一层地继续下去，这些薄片一个叠着另一个。堆叠最终被压缩并放入烤箱中，使塑料基体一起熔化。一旦物体从烘箱中取出，多余的基质材料就用化学浴或砂塑料除去，留下最终的物体。增强材料从碳纤维和玻璃纤维到聚酯、聚乙烯醇、聚乳酸，甚至丝绸和棉花。由于粉末在最初沉积时没有熔化，因此基体材料的种类可能比其他3D打印工艺要广泛得多。目前，该公司已经演示了聚醚醚酮和尼龙12的使用，但正在开发用于CBAM的弹性体以及其他材料。这种技术与通过熔融沉积建模(FDM)制作的部件相比，强度高10倍。CBAM-2 3D打印机的纸张尺寸能够达到12英寸x 12英寸，但是该公司的创始人Robert Swartz的想法很大胆：可以以每分钟100米的速度打印与整个汽车引擎盖一样大的零件。虽然CBAM不能制造出像传统复合制造那样坚固的部件，但它可以比传统技术更快地制造出更复杂的部件。而且可以不通过过多的体力劳动即可做到这一点。CBAM-2仍是新上市产品，已于2019年5月推出，预计将于今年第三季度交付。但是，尚未发布有关初始发货的消息。我们确实知道Impossible Objects的旗舰Model One系统确实向包括福特汽车公司和捷普公司在内的客户推出。Leapfrog 3D打印机的两位前联合创始人卢卡斯·詹森(Lucas Janssen)和马尔滕·洛滕贝格(Maarten Logtenberg)离开了桌面3D打印业务，去开发一款大规模连续碳纤维3D打印机。他们成立了一家名为CEADgroup的公司，致力于创造一种大型、快速、可靠、能够生产强大部件的产品。据该公司称，连续纤维增材制造（CFAM）可以以15kg / h的速度3D打印尺寸为4m x 2m x 1.5m的零件。如在注塑成型工业中发现的，通过使用工业挤出机和料斗来处理塑料颗粒，可以实现快速沉积速度。迄今为止可以印刷的基质材料包括PET，PP，ABS和PEEK。增强材料仅限于碳纤维和玻璃纤维，但该公司希望扩大到包括光学玻璃，铜和钢纤维。CEAD声称CFAM能够通过加入连续的纤维增强物来将一个零件的强度提高六倍，但是增强材料被加入到印刷中的确切性质还没有被披露，这给人们留下了怀疑的空间。Arevo是硅谷的一家初创公司（部分由CIA的In-Q-Tel支持），已开发出一种基于激光的碳纤维打印方法。该过程将沉积预浸渍的连续碳纤维长丝，并同时用激光加热它，然后用辊将其压缩到构建表面上。沉积头安装在多轴机械臂上，使其能够以最适合零件设计的任何方向进行3D打印，弥补或利用碳纤维的各向异性。Arevo开发的软件还可以通过模拟实现设计优化。到目前为止，Arevo已通过为多家公司制造自行车车架展示了其定向能量沉积（DED）技术的功能。最近，它与日本的AGC合作提供制造即服务。另一家初创公司是位于爱达荷州的continuous Composites，该公司正在开发一种3D打印连续碳纤维的方法。它的连续纤维3D打印(CF3D)方法是将一卷干燥的碳纤维输入一个打印头，打印头安装在一个七轴工业机器人上。在打印头内部，纤维被快速固化的光聚合物树脂浸渍，然后通过末端执行器提取，并立即与强大的能源固化。像Arevo的机器人一样，七轴臂可以使纤维以克服或利用材料的各向异性特性所需的任何方式进行定向。与Arevo不同，干碳纤维被用作起始材料，有可能改善最终零件的物理性能，并开放各种可用的基质材料。有趣的是，树脂的固化还允许CF3D工艺在空中打印。迄今为止正在开发的增强材料包括：碳纤维，玻璃纤维，凯夫拉尔纤维，连续铜线，连续光纤，镍铬合金线和碳化硅。尽管可以使用光纤将传感器嵌入零件内，但是铜线可以嵌入电子器件，镍铬合金可以为除冰应用产生热量。Continuous Composites正在开发自动工具更换，以更换装有不同纤维和树脂的打印头。正在与潜在的客户一起开发树脂，但是到目前为止，该公司已经开发了一种耐候，抗紫外线的塑料，具有高的玻璃化转变温度，并且该材料符合联邦航空局的烟，火和毒性要求。正如我们在该系列文章的前一篇文章中提到的那样，短切碳纤维比连续碳纤维要弱。但是，Fortify是一家初创公司，凭借其数字复合材料制造（DCM）技术发现了材料的分段特性的独特优势。DCM是一种新型的数字光处理（DLP）技术，其中使用投影仪来固化光敏聚合物树脂。在DCM的情况下，液体中会填充增强添加剂，例如切碎的碳纤维，这些添加剂会在打印过程中使用磁场对齐。反过来，也可以根据需要调整添加剂的方向，以获得整个部件的最佳物理性能。DCM可以生成与标准DLP组件具有相同几何复杂性的部件，但是支持结构更少，且有更大的悬垂。到目前为止，公司仍处于初期阶段，为潜在客户制造零部件，但目前开发的加固材料包括碳纤维、玻璃纤维和高温陶瓷添加剂。特别是，该公司认为其技术在注塑模具印刷方面有价值。除了本系列中提到的初创公司之外，还有更多的知名公司和研究机构正在用碳纤维做有趣的事情。2016年，EnvisionTEC（DLP的发明者）展示了一款大型3D打印机，据说该打印机能够进行3D打印复合材料。但是，从那以后我们什么都没听说过，所以有人想知道它是否真的存在。Stratasys还曾与西门子一起开发一种碳纤维3D打印方法，但在这方面也没有任何更新。橡树岭国家实验室（ORNL）也一直在研究这种材料，已经协助辛辛那提公司提供了大面积增材制造技术。该工艺的特点是将短纤维填充的塑料迅速沉积到接近最终形状，并负责3D打印Shelby Cobra复制品以及Local Motors的车辆。Thermwood创建了该过程的另一个版本，据报道Ingersoll将于2016年与ORNL在更大的系统上合作，但到目前为止尚未提供更新。
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