供稿人:王清瑞 田小永 发布日期：2017-07-08
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，在宏观或微观上组成具有新性能的材料，其综合性能往往优于原组成材料。作为结构材料使用的纤维增强复合材料，尤其是连续纤维增强复合材料，拥有较高的比强度和比模量，在航天、航空、汽车、化工等领域有着突出作用。
3D打印具有设备简单、成型形状可设计、无需模具等优点，在医学、航天、航空等领域有着重要应用。近年来，利用3D打印技术制造连续纤维增强复合材料的工艺逐渐成熟。当前的连续纤维复合材料打印工艺分为两种，一种是将纤维和树脂在打印喷嘴处融合并直接挤出，另一种是先将纤维和树脂结合制成预浸带，再利用3D打印的方式制备成型。
西安交通大学团采用将纤维和树脂直接融合挤出的工艺，打印出碳纤维增强的聚乳酸复合材料，其强度比聚乳酸纯材料提升4倍以上[1]。东京理科大学也采用直接挤出纤维和树脂的工艺，打印出了连续纤维增强的复合材料，性能也有极大的提升（图1）。
图1 碳纤维复合材料3D打印机
美国Markforged公司则采用先制备纤维预浸带，再将其与热塑性材料同时挤出的工艺，成功实现了连续碳纤维增强尼龙复合材料的制造。该打印机采用两个独立喷头，一个喷头挤出热塑性树脂，另外一个输送连续纤维预浸丝束，实现构件轮廓与内部填充结构的制造，以兼顾复合材料零件精度与性能。
图2 Markforged公司打印的碳纤维复合材料样件