碳纤维增强耗材

碳纤维增强材料填充了连续纤维或纤维颗粒，从而得到具有改良物理性能和高刚性的零件。市面上有多种用于3D打印的碳纤维增强选项，但它们都需要截然不同的打印设置。

碳纤维增强丝材将热塑性塑料的优点与碳纤维的强度和刚性结合，创造出为工程级应用优化的材料。这些复合材料非常适合需要增强机械性能和尺寸稳定性的轻量且耐用的部件。

什么是碳纤维增强丝材？

碳纤维丝材将短碳纤维掺入基体热塑性材料（例如 PLA、PETG、尼龙、ABS 或 PC）。纤维提高了刚性，减少翘曲并改善耐热性，同时保持基体材料的可打印性。

主要优点

• 刚性增加：纤维增强刚性，减少结构部件的弯曲。

• 尺寸稳定性：在冷却过程中最大限度地减少收缩和翘曲。

• 轻量化：密度低于金属，适用于对重量敏感的行业。

• 改善的耐热性：比基体材料具有更高的热变形温度。

常见的碳纤维增强选项

1. PLA-CF

• 基体材料：PLA

• 特性：刚性和表面光洁度增强，但层间粘结性和抗冲击性降低。

• 应用：外观原型、无人机机架、轻量夹具。

• 局限性：脆性；不适用于高应力或高温环境。

Polymaker 的 PLA-CF

2. PETG-CF

• 基体材料：PETG

• 特性：在刚性与抗紫外线/化学性之间取得平衡；比 ABS-CF 更不易翘曲。

• 应用：汽车内饰、户外夹具、功能性原型。

• 局限性：与标准 PETG 相比延展性降低。

3. 尼龙-CF（例如 NylonX、PA-CF）

• 基体材料：尼龙（PA6/PA12）

• 特性：高抗拉强度（可达 100 MPa）、耐热性（HDT 可达 155°C）和抗疲劳性。

• 应用：用于夹具、齿轮、航空支架以及发动机舱内汽车零件。

• 局限性：需要严格干燥及耐磨硬件。

Polymaker 的 Fiberon™ PA6-CF20

4. ABS-CF

• 基体材料：ABS

• 特性：与标准 ABS 相比刚性提高且翘曲减少。

• 应用：汽车原型、外壳和功能性组件。

• 局限性：易产生烟雾；需要通风。

5. PC-CF

• 基体材料：聚碳酸酯

• 特性：卓越的强度（抗拉约 70–75 MPa）和耐热性（高达 150°C）。

• 应用：用于航空航天组件、高温夹具和电气绝缘体。

• 局限性：要求较高的喷嘴温度（300–330°C）和封闭式打印机。

6. 特殊复合材料

• PPS-CF：用于航空航天和耐化学零件的高热稳定性（短期可达 260°C）。

• PP-CF：用于铰链和卡扣装配的轻量且具有抗疲劳性。

打印注意事项

硬件要求

• 喷嘴：采用硬化钢、红宝石或金刚石涂层以抵抗磨损。

• 床面粘附：PEI 板、粘合剂（例如 Magigoo）或纹理表面。

• 封闭环境：建议用于易翘曲的材料（例如 ABS-CF、尼龙-CF）。

挑战

• 磨损性：加速挤出齿轮和 Bowden 管的磨损。

• 对湿气敏感：尼龙-CF 和 PC-CF 需要干燥（70–80°C，4–6 小时）。

• 层间粘结：更高的喷嘴温度和较慢的打印速度可改善结合性。

按行业的应用

行业	使用场景	首选材料
航空航天	支架、风道、无人机机架	尼龙-CF、PPS-CF、PC-CF
汽车	支架、装饰件、发动机舱内零件	PETG-CF、ABS-CF、尼龙-CF
工业	夹具、输送部件、工装	尼龙-CF、PC-CF、PET-GF
消费类	手机壳、运动器材	PLA-CF、PETG-CF
医疗	义肢、手术导板	尼龙-CF（生物相容）

优缺点

优点

• 强度-重量比：比金属更轻且具有可比的刚性。

• 尺寸稳定性：为精密零件减少翘曲。

• 美观性：哑光表面并带有可见纤维质感。

局限性

• 脆性：某些配方（例如 PLA-CF）抗冲击性降低。

• 成本：比标准丝材更昂贵。

• 硬件磨损：磨蚀性纤维需要频繁更换喷嘴。