技術突破：連續碳纖維的熱固性復合材料也能3D打印

文/本刊編譯

一種名為“局部面內熱輔助3D打印”（簡稱LITA）的方法據說第一次實現了對連續碳纖維與熱固性塑料制成的復合材料進行3D打印。

飛機、橋梁和風力渦輪機都有一個共同點，那就是，它們都由輕質、堅固的碳纖維增強復合材料制成。

雖然纖維增強聚合物復合材料具有許多優越性能，但它們的最大缺點是，制造起來通常復雜又昂貴。近年來，雖然由熱塑性聚合物和不連續纖維填料制成的復合材料已成功地被用于3D打印，但受組成性能所限，3D打印的成品復合材料通常力學性能不足、耐熱性較差。因此，對連續碳纖維和熱固性塑料制成的復合材料進行3D打印，預計能夠提供卓越的力學性能和熱穩定性，以及帶來設計靈活性、低成本、可靠性和可重復性。然而，將增材制造技術用于連續碳纖維和熱固性塑料的加工以直接3D打印出成品的復合材料，目前尚沒有過報道。

現在，來自美國特拉華大學的一個工程師團隊開發了一種3D打印技術，可以使采用連續碳纖維和熱固性塑料制成的纖維增強復合材料實現低成本的靈活生產。他們的研究成果最近被發表在《Matter》雜志上。

連續碳纖維的熱固性復合材料也能3D打印

該團隊開發的方法名為“局部面內熱輔助3D打印”（簡稱LITA），它允許用戶控制液態聚合物的厚度和固化程度，使其凝固成所需的形狀。

在LITA 3D打印過程中，研究人員們小心地控制碳纖維的溫度，幫助液態聚合物流入碳纖維之間的通道。然后，聚合物固化，凝固成三維結構。在LITA 3D 打印中，不需要后固化過程，因而與傳統的需要幾十個小時后固化的復合材料制造方法相比，可以節省大量的能源。

該團隊開發了一種機器人系統，包括一個獨特的打印頭和自動化的機器手臂。這種自動化的3D打印機可以打印出各種形狀和結構。

LITA 3D打印能夠為許多行業提供一種快速、節能的方法，以便采用各種聚合物與纖維組合來制造多種形狀的復合材料部件。

據說，該方法被認為是第一次實現了對連續碳纖維與熱固性塑料制成的復合材料進行3D打印。