複合纖維增強了傳統3D列印零件的特殊效能-通常具有強度，剛度，耐熱性和耐用性。與3D列印中使用的更傳統的熱塑性塑膠（如ABS或PLA）相比，這給他們帶來了強度優勢，因此3D列印的應用可以透過這些附加的材料及其帶來的效能來擴充套件。
熱塑性塑膠是可以改變狀態而不會改變化學性質的塑膠。這使它們成為流行的3D列印材料，因為它們可以輕鬆地熔化，逐層擠出並立即冷卻成一定形狀。但是，使其適合3D列印的特性使其不適用於工程強度應用-這些熱塑性塑膠中的許多具有相對較低的熔點，並且不是很堅固。
另一方面，複合材料是由多種材料組成的零件，這些材料在組合時具有與原始材料不同的特性。像混凝土和刨花板這樣的材料可以被認為是複合材料，因為它們是多種材料的混合物。但是，從工程角度講複合材料時，通常是指具有增強纖維的複合材料。碳纖維，玻璃纖維和凱夫拉爾纖維是工業上用於複合材料的三種最常見的纖維材料。正如我們在3D列印物理學中介紹的那樣，纖維像義大利麵條-細，脆，彎曲時容易折斷。這些纖維幾乎從未被單獨使用過，它們被編織成片狀，包裹成棒狀，或者藉助基體材料將其成型為定製的成型形狀，以將纖維硬化成最佳形狀。當許多纖維束縛在一起以建立更大的結構元素時，力會沿所有纖維的長度分佈和分散載荷。
碳纖維是目前強度/重量比最高的之一，因此對於製造輕巧堅固的零件非常有價值。纖維本身是由碳原子組成的，碳原子的晶體結構排列成股狀，使股狀的拉伸強度非常高。傳統上，將熱固性樹脂用作粘合劑，以將這些纖維定型為指定形狀，並在諸如泡沫之類的基質材料周圍固化。因此，您可以透過將泡沫“夾在”纖維編織片之間並用樹脂將其固化來建立夾心板。在3D列印的情況下，光纖可以採用兩種不同的形式：
短切纖維是將短長度的纖維切成小於一毫米的片段，並混入傳統的熱塑性塑膠中形成所謂的填充塑膠。這些可以透過FDM列印過程進行列印。
連續纖維需要略有不同的3D列印方法，其中將連續纖維束塗覆在固化劑中，然後放到透過輔助列印噴嘴擠出的熱塑性基質中。此過程稱為連續纖維製造
無論採用哪種方式新增纖維，新增纖維都會提高零件強度和其他材料效能，但是其新增量取決於纖維的使用方式以及纖維的種類。一般而言，連續碳纖維3D列印要比短切碳纖維3D強，因為連續性會分散所有施加的負載。
短纖維3D列印材料
切碎的纖維填充塑膠是複合3D列印塑膠的最常見型別。切碎的複合3D列印材料是使用最廣泛的切碎碳纖維-碳纖維碎片與傳統的3D列印塑膠（如尼龍，ABS或PLA）混合在一起。將這種“填充物”新增到熱塑性塑膠中就是一種材料增強包。纖維承受零件的某些應力，例如如何將混凝土新增到水泥中以增強其強度。纖維可以承受零件上的某些外加應力，從而提高了典型的低等級材料的效能。
將這些纖維切成細片，然後混入塑膠中，然後將其擠出到線軸中，以與基於材料沉積的3D印表機一起使用。在這種情況下，由於纖維只是懸浮在熱塑性塑膠中，因此3D列印過程保持不變-就像任何其他FFF樣式的3D列印一樣，纖維被加熱，擠壓和冷卻成零件。切碎的複合3D列印材料採用了可能缺乏某些特性的普通塑膠，並將其增強。在碳纖維的情況下，纖維增強了零件的強度，剛度和尺寸穩定性，使其比基礎塑膠的效能更高。
纖維的數量和切碎段的長度會影響零件的強度和質量。不同的供應商將不同數量的纖維混入其塑膠中，從而產生具有不同強度的材料。低於一定閾值，纖維可提高表面光潔度和印刷質量。超過該閾值，將大量的更長的纖維混合，您將獲得更堅硬的材料，但是卻犧牲了表面光潔度和零件精度，因為在整個材料中，塑膠所佔的比例較小。熱塑性塑膠是混合物必不可少的，因為它可以使印刷過程順利進行，因此您的零件只能變得如此堅固。
連續纖維3D列印
連續纖維3D列印在零件上添加了連續的纖維增強束，從而以重量的一小部分實現了金屬強度效能。印表機使用兩個列印噴嘴，從熱塑性塑膠中構建基體材料，然後將連續纖維的連續股線熨平到零件中。此過程稱為連續纖維製造（CFF）。
CFF的力量來自股線的連續性。與短切纖維不同，連續股線可以吸收和分佈整個長度上的負載。當放置在熱塑性基質中時，零件可以承受更高的載荷並吸收更大的衝擊力。這使得這些零件能夠以重量的一小部分實現金屬的強度。
CFF 3D列印過程每層包括兩個步驟-首先，將熱塑性塑膠擠出以形成零件的填充物和外殼-這是複合材料的“基體”材料。接下來，將連續纖維熨燙到該基質中，並透過使用相容的樹脂塗層將其與熱塑性塑膠融合。此過程逐層重複，使纖維形成3D列印部件的主幹，而熱塑性塑膠則起到表皮的作用。此過程也類似於如何在混凝土內部鋪設鋼筋以對其進行加固。
纖維形成零件的“骨幹”，並且可以以特定的樣式鋪放，以最佳化零件的強度，以減輕其重量和材料消耗。您可以根據零件承受載荷的方式將纖維放置在特定區域，從而將強度精確地放置在所需的位置。這與基於標準沉積的3D印表機（包括短切纖維）非常不同，因為這些方法在整個零件中均具有均勻的特性分佈。不同的纖維增強選項可用於不同的負載條件和行為。您可以在“ 纖維增強策略”中瞭解有關不同增強策略的更多資訊。
多種不同的纖維也可以用於增強，這取決於零件需要具有的材料特性。Markforged 3D印表機提供了幾種不同的纖維材料，因此您可以選擇增強材料的強度特性：
玻璃纖維是一種堅固，具有成本效益的增強材料，並且具有一定的柔韌性。它提高了零件強度，使其高於塑膠，是增強印刷的良好起點。
碳纖維是一種堅硬而堅固的纖維，其效能類似於6061鋁，因此可用於支撐重負載的輕型元件。
凱夫拉爾纖維具有很高的韌性和抗衝擊性，使其非常適合衝擊載荷和高衝擊條件。它彎曲而不是斷裂。
因此，在為滿足特定材料需求選擇不同的纖維型別以及控制可以逐層放置纖維的位置之間，可以控制零件的行為和效能。這是連續3D列印複合材料比短切纖維材料具有的主要優勢之一。不僅可以獲得更堅固的零件，而且還可以生產針對其應用進行最佳化的零件。
複合纖維增強了傳統3D列印零件的特殊效能-通常具有強度，剛度，耐熱性和耐用性。與3D列印中使用的更傳統的熱塑性塑膠（如ABS或PLA）相比，這給他們帶來了強度優勢，因此3D列印的應用可以透過這些附加的材料及其帶來的效能來擴充套件。
熱塑性塑膠是可以改變狀態而不會改變化學性質的塑膠。這使它們成為流行的3D列印材料，因為它們可以輕鬆地熔化，逐層擠出並立即冷卻成一定形狀。但是，使其適合3D列印的特性使其不適用於工程強度應用-這些熱塑性塑膠中的許多具有相對較低的熔點，並且不是很堅固。
另一方面，複合材料是由多種材料組成的零件，這些材料在組合時具有與原始材料不同的特性。像混凝土和刨花板這樣的材料可以被認為是複合材料，因為它們是多種材料的混合物。但是，從工程角度講複合材料時，通常是指具有增強纖維的複合材料。碳纖維，玻璃纖維和凱夫拉爾纖維是工業上用於複合材料的三種最常見的纖維材料。正如我們在3D列印物理學中介紹的那樣，纖維像義大利麵條-細，脆，彎曲時容易折斷。這些纖維幾乎從未被單獨使用過，它們被編織成片狀，包裹成棒狀，或者藉助基體材料將其成型為定製的成型形狀，以將纖維硬化成最佳形狀。當許多纖維束縛在一起以建立更大的結構元素時，力會沿所有纖維的長度分佈和分散載荷。
碳纖維是目前強度/重量比最高的之一，因此對於製造輕巧堅固的零件非常有價值。纖維本身是由碳原子組成的，碳原子的晶體結構排列成股狀，使股狀的拉伸強度非常高。傳統上，將熱固性樹脂用作粘合劑，以將這些纖維定型為指定形狀，並在諸如泡沫之類的基質材料周圍固化。因此，您可以透過將泡沫“夾在”纖維編織片之間並用樹脂將其固化來建立夾心板。在3D列印的情況下，光纖可以採用兩種不同的形式：
短切纖維是將短長度的纖維切成小於一毫米的片段，並混入傳統的熱塑性塑膠中形成所謂的填充塑膠。這些可以透過FDM列印過程進行列印。
連續纖維需要略有不同的3D列印方法，其中將連續纖維束塗覆在固化劑中，然後放到透過輔助列印噴嘴擠出的熱塑性基質中。此過程稱為連續纖維製造
無論採用哪種方式新增纖維，新增纖維都會提高零件強度和其他材料效能，但是其新增量取決於纖維的使用方式以及纖維的種類。一般而言，連續碳纖維3D列印要比短切碳纖維3D強，因為連續性會分散所有施加的負載。
短纖維3D列印材料
切碎的纖維填充塑膠是複合3D列印塑膠的最常見型別。切碎的複合3D列印材料是使用最廣泛的切碎碳纖維-碳纖維碎片與傳統的3D列印塑膠（如尼龍，ABS或PLA）混合在一起。將這種“填充物”新增到熱塑性塑膠中就是一種材料增強包。纖維承受零件的某些應力，例如如何將混凝土新增到水泥中以增強其強度。纖維可以承受零件上的某些外加應力，從而提高了典型的低等級材料的效能。
將這些纖維切成細片，然後混入塑膠中，然後將其擠出到線軸中，以與基於材料沉積的3D印表機一起使用。在這種情況下，由於纖維只是懸浮在熱塑性塑膠中，因此3D列印過程保持不變-就像任何其他FFF樣式的3D列印一樣，纖維被加熱，擠壓和冷卻成零件。切碎的複合3D列印材料採用了可能缺乏某些特性的普通塑膠，並將其增強。在碳纖維的情況下，纖維增強了零件的強度，剛度和尺寸穩定性，使其比基礎塑膠的效能更高。
纖維的數量和切碎段的長度會影響零件的強度和質量。不同的供應商將不同數量的纖維混入其塑膠中，從而產生具有不同強度的材料。低於一定閾值，纖維可提高表面光潔度和印刷質量。超過該閾值，將大量的更長的纖維混合，您將獲得更堅硬的材料，但是卻犧牲了表面光潔度和零件精度，因為在整個材料中，塑膠所佔的比例較小。熱塑性塑膠是混合物必不可少的，因為它可以使印刷過程順利進行，因此您的零件只能變得如此堅固。
連續纖維3D列印
連續纖維3D列印在零件上添加了連續的纖維增強束，從而以重量的一小部分實現了金屬強度效能。印表機使用兩個列印噴嘴，從熱塑性塑膠中構建基體材料，然後將連續纖維的連續股線熨平到零件中。此過程稱為連續纖維製造（CFF）。
CFF的力量來自股線的連續性。與短切纖維不同，連續股線可以吸收和分佈整個長度上的負載。當放置在熱塑性基質中時，零件可以承受更高的載荷並吸收更大的衝擊力。這使得這些零件能夠以重量的一小部分實現金屬的強度。
CFF 3D列印過程每層包括兩個步驟-首先，將熱塑性塑膠擠出以形成零件的填充物和外殼-這是複合材料的“基體”材料。接下來，將連續纖維熨燙到該基質中，並透過使用相容的樹脂塗層將其與熱塑性塑膠融合。此過程逐層重複，使纖維形成3D列印部件的主幹，而熱塑性塑膠則起到表皮的作用。此過程也類似於如何在混凝土內部鋪設鋼筋以對其進行加固。
纖維形成零件的“骨幹”，並且可以以特定的樣式鋪放，以最佳化零件的強度，以減輕其重量和材料消耗。您可以根據零件承受載荷的方式將纖維放置在特定區域，從而將強度精確地放置在所需的位置。這與基於標準沉積的3D印表機（包括短切纖維）非常不同，因為這些方法在整個零件中均具有均勻的特性分佈。不同的纖維增強選項可用於不同的負載條件和行為。您可以在“ 纖維增強策略”中瞭解有關不同增強策略的更多資訊。
多種不同的纖維也可以用於增強，這取決於零件需要具有的材料特性。Markforged 3D印表機提供了幾種不同的纖維材料，因此您可以選擇增強材料的強度特性：
玻璃纖維是一種堅固，具有成本效益的增強材料，並且具有一定的柔韌性。它提高了零件強度，使其高於塑膠，是增強印刷的良好起點。
碳纖維是一種堅硬而堅固的纖維，其效能類似於6061鋁，因此可用於支撐重負載的輕型元件。
凱夫拉爾纖維具有很高的韌性和抗衝擊性，使其非常適合衝擊載荷和高衝擊條件。它彎曲而不是斷裂。
因此，在為滿足特定材料需求選擇不同的纖維型別以及控制可以逐層放置纖維的位置之間，可以控制零件的行為和效能。這是連續3D列印複合材料比短切纖維材料具有的主要優勢之一。不僅可以獲得更堅固的零件，而且還可以生產針對其應用進行最佳化的零件。