『文献』连续碳纤维预浸料的制造和3D打印

该团队的研究提出了一种3D打印连续碳纤维复合材料零件的新方法。首先，制造了具有熔融沉积成型3D打印的连续碳纤维预浸料丝束，然后改造3D打印机的挤出机头以打印丝。此后，采用三点弯曲测试和响应面方法研究用丝印刷的复合部件的机械性能。

经过测试，开发了一个数学模型来描述和分析打印参数（打印温度，打印速度和层厚度）与打印复合材料部件的弯曲强度之间的关系，这些特定打印参数的方法中，对打印复合材料的弯曲强度和弯曲模量明显改善，而在所有参数中，层厚度对最终弯曲强度的贡献最大，该方法可能是一个有前途的打印CCF复合材料的方法。

图1 3D打印CCF预浸料坯的示意图

图2 3D打印CCF预浸料坯的原料和生产过程；a）1k连续碳纤维束，b）聚乳酸（PLA）粒料，c）制造CCF预浸料坯的装置，d)从浸渍模具中拉出CCF预浸料坯，e）制造3D可打印CCF预浸料坯，以及f）3D可打印CCF预浸料坯的横截面示意图

3D打印技术也被称为新型制造技术，由于其快速的建模能力，近来已经在世界范围内普及。由于廉价的设备和易操作性，熔融沉积成型（FDM）是最广泛使用的3D打印技术，用热塑性长丝（如PLA，ABS或尼龙）构建复杂零件。但是，打印的部分热塑性长丝由于差的机械性能等显著缺点，限制了它们的应用。

近年来，研究人员通过将热塑性塑料与增强材料相结合来提高热塑性塑料的力学性能。碳纤维由于其优异的机械性能和轻质特性，在复合材料领域中起着至关重要的作用。短碳纤维（SCF）是值得注意的增强材料。SCF增强热塑性塑料的制造工艺比较简单。

通常，将SCF和热塑性粒料在混合器中混合均匀分布，并通过螺杆挤出机将得到的分布良好的化合物挤出以形成短碳纤维增强塑料（SCFRP）长丝，同时由于SCF的存在，可以检测到更多的孔隙度及粘合性很差。连续碳纤维（CCF）打印是实现强度改进的理想解决方案。CCF具有比SCF更小的比表面积，这降低了孔形成的可能性。此外，前者显示出比后者更好的机械性能。

本文提出了一种打印CCF的新方法。首先，制造适用于FDM印刷机的CCF预浸料丝，然后使用具有简单改进的挤出头的普通FDM打印机打印丝。

与用纯PLA打印的部件和其他方法相比，都取得了很大的改进。可以得出结论，该团队提出的方法是一种很有前途的打印CCFRP复合材料部件的技术。

此外，发现浸渍质量对最终部件的机械性能也起着重要的作用，这表明未来的研究可以集中在预浸料丝的浸渍。