碳纤维在3D打印和CNC中的应用

材料号 • 2023-04-12 20:23 • 投稿专栏 • 阅读 7109

关于碳纤维

被称为碳纤维的材料通常是碳纤维和热塑性或热固性树脂的复合材料。它以其令人难以置信的强度和耐用性而闻名，使其成为工程、航空航天、体育用品等领域的理想选择。除了专业用途，市场上还有碳纤维戒指、手机壳和珠宝首饰，其灵感来自于这种材料独特的美学外观。碳纤维增强聚合物，简称 CFRP，生产难度大且成本高。

碳纤维是主要由碳组成的薄纤维，主要由纺丝和碳化聚合物（如聚丙烯腈（PAN）、人造丝或石油沥青）制造。

这是一个多步骤的过程，包括在极端温度下长时间加热原材料，直到所有非碳原子脱落。纤维本身是由热固性树脂或聚合物组成，从而获得一种坚固、轻量和耐磨的材料，我们称之为碳纤维或碳复合材料。

它看起来像一个编织的结构。有许多碳纤维增强材料的特点是纤维可与尼龙、环氧树脂和PEEK等一起使用。有时，为提高其性能，也会包含其他添加剂如玻璃、铝、芳纶和二氧化硅。

纤维可以预先与基体材料混合，也可以在最终产品中一层层地叠加。由于材料本身更像是一块织物而不是一块材料，因此通常会使用不同的成型方法来制造CFRPs零件。

碳纤维本身是一种编织材料，通常被压入产品的模具中，并借助树脂进行固定。然而，含碳纤维添加剂的复合材料也可以用其他方法加工。

碳纤维增强长丝可用于FDM 3D打印。碳纤维在复合材料中所占的百分比变化很大，会影响最终打印品的重量和强度。通常，纤维由尼龙、ABS、PETG、PLA等组成。

此外，添加剂还会影响打印过程，导致长丝比标准材料更易堵塞，因此需要更强的喷嘴和更高的温度。另一种可以生产碳纤维零件的3D打印技术被称为选择性激光烧结——使用碳纤维和塑料的复合粉末材料。打印品具有黑色的表面，看起来更坚固，而且还能保持导电性能。

碳纤维材料可以被用于CNC加工或水切割。水刀是切割碳纤维的推荐方法，这是因为它不需要特殊的工具，而且有助于冷却工件。

唯一的潜在问题是分层，但这可以通过在加工过程中开孔来轻松避免。 CNC加工也可以使用碳纤维，但需要更快的速度、特殊的工具和进给率设置，以避免工件在生产过程中过热。碳纤维对钻头具有很强的研磨性，如果将材料粉尘留在工作区域，则会对机器造成潜在危险，而导电粒子会捕捉电流并刺激皮肤。

碳纤维成型的一种常见方法是使用碳纤维布片，将其以零件的形式分层，并填充环氧树脂，使其固定在一起。

或者，也可以将CF片或切碎的片材可以用脱模剂涂在主模型上，然后用树脂润湿碳纤维使其硬化。压缩成型也可以：将碳纤维材料和树脂压在两个模具之间。然而，这种技术通常成本很高。