在本系列的第一,，第二和第三部分中,，我們討論了復(fù)合材料3D打印中發(fā)生的各種技術(shù)發(fā)展，但尚未涵蓋除碳纖維外所使用的材料,。

與碳纖維一起使用的基體材料與增強(qiáng)材料本身一樣重要,。在本節(jié)中，我們將探討迄今為止在碳纖維3D打印中使用的基體聚合物,。我們還將介紹其他一些代替碳纖維的增強(qiáng)材料,。

短纖維填充長絲

Chopped Fiber-Filled Filaments

除了增材制造(AM)，可以用纖維材料增強(qiáng)的基體聚合物的范圍很廣,，包括許多環(huán)氧樹脂,、聚酯、尼龍和乙烯基配方,。然而,，在3D打印中，所開發(fā)的每一種新材料都是基于給定的AM技術(shù)參數(shù)進(jìn)行處理的,。

對(duì)于填充短切碳纖維的3D打印長絲,，使用的基體材料有很多種，從ABS和PLA到聚碳酸酯和聚醚醚酮,。事實(shí)上,，在FFF 3D打印中，碳纖維復(fù)合長絲的種類和熱塑性塑料的種類一樣多,。

然而,，除了短切碳纖維填充長絲外，基體材料的限制條件要大得多,。此外,，雖然有更多的材料正在開發(fā)中，但連續(xù)增強(qiáng)3D打印公司使用的兩種主要基質(zhì)聚合物是尼龍和PAEK的變體,。

尼龍（聚酰胺）

許多關(guān)注連續(xù)碳纖維3D打印技術(shù)的有趣初創(chuàng)公司都使用尼龍6或尼龍12作為基體材料,。尼龍是第一種在商業(yè)上成功的合成聚合物，是一種由原油衍生的絲般柔韌的材料,。在用于牙刷中的硬毛之后,，這種塑料在第二次世界大戰(zhàn)期間被用于制造降落傘，防彈衣,，繩索和頭盔襯里時(shí)得到了廣泛應(yīng)用,。

尼龍纖維的掃描電子顯微鏡圖像。圖片由CSIRO提供

尼龍以其抗沖擊,、耐磨性,、耐化學(xué)性、柔韌性,、耐久性和尺寸穩(wěn)定性而著稱,。它也具有吸濕的，意味著它很容易吸收水分,，這可能會(huì)對(duì)上述性能產(chǎn)生負(fù)面影響,。

在AM和其他地方,，您可能會(huì)遇到尼龍的不同變體，包括6 / 6,、6,、6 / 12、11和12,。到目前為止,，在碳纖維3D打印中，只有6和12可以買到,。尼龍6具有與尼龍12相似的硬度,，抗張強(qiáng)度和耐磨性。尼龍12具有較低的吸濕性,，良好的耐化學(xué)性并且可以接受高填充量的填充材料,。尼龍12的熔點(diǎn)也最低。

PAEK家族

聚芳醚酮(PAEK)家族的半結(jié)晶聚合物在某種程度上代表了3D打印塑料的黃金標(biāo)準(zhǔn),。這些家族成員必須具有良好的基因,，因?yàn)樗鼈兌季哂泻芨叩臋C(jī)械強(qiáng)度，耐高溫和耐化學(xué)性以及低易燃性,。該組材料還顯示出高介電強(qiáng)度和導(dǎo)熱性,。

用碳纖維增強(qiáng)的PEEK打印的3D CNC夾具。圖片由Desktop Metal提供,。

您將從第三波桌面3D打印機(jī)制造商了解到,，使用PAEK塑料打印需要極高的擠壓溫度，并且需要一個(gè)封閉的加熱室來保持適當(dāng)?shù)膶娱g粘附,。

提供PAEK聚合物增強(qiáng)3D打印的公司主要關(guān)注PEEK和PEKK,。然而，值得一提的是,，他們的低成本表弟聚醚酰亞胺(PEI),，更廣為人知的品牌名稱ULTEM，只是因?yàn)樗且粋€(gè)重要的聚合物在AM整體,。

盡管PEKK具有與上述PEEK相同的所有特性,，但PEKK表現(xiàn)出更大的抗壓強(qiáng)度，并且比其醚外傾向的同胞具有更大的加工參數(shù),?？梢栽诒萈EEK更低的溫度下打印，并具有更好的層粘附性,。PEI比其表親更弱,，耐熱性更差，但價(jià)格更便宜。

盡管復(fù)合3D打印公司尚未提供PEI,，但由于Stratasys廣泛實(shí)施,，其價(jià)格較低且已經(jīng)具有與之相關(guān)的航空標(biāo)準(zhǔn)，因此PEI不會(huì)出現(xiàn)這種情況,。

碳纖維的替代品

玻璃纖維:玻璃纖維是碳纖維的低成本替代品,。雖然沒有那么硬，但它比塑料材料本身更硬,，并顯示出高的電氣絕緣性能和良好的耐熱性。

玄武巖纖維,。圖片由Technobasalt提供,。

玄武巖：玄武巖由火山巖形成，在成本方面可與玻璃纖維相媲美,，但比最常見的玻璃纖維E-glass更堅(jiān)固,。

芳綸纖維：芳綸纖維與本系列中討論的其他增強(qiáng)纖維相比，雖然價(jià)格較高,，但是殷切其（商品名稱Kevlar可能更為大家所熟知）密度小,，因此材料較輕。

陶瓷：陶瓷強(qiáng)度較高