在本系列的第一，第二和第三部分中，我們討論了復合材料3D打印中發(fā)生的各種技術發(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技術參數(shù)進行處理的。

對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。事實上，在FFF 3D打印中，碳纖維復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3D打印公司使用的兩種主要基質聚合物是尼龍和PAEK的變體。

尼龍（聚酰胺）

許多關注連續(xù)碳纖維3D打印技術的有趣初創(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，繩索和頭盔襯里時得到了廣泛應用。

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，這可能會對上述性能產(chǎn)生負面影響。

在AM和其他地方，您可能會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，抗張強度和耐磨性。尼龍12具有較低的吸濕性，良好的耐化學性并且可以接受高填充量的填充材料。尼龍12的熔點也最低。

PAEK家族

聚芳醚酮(PAEK)家族的半結晶聚合物在某種程度上代表了3D打印塑料的黃金標準。這些家族成員必須具有良好的基因，因為它們都具有很高的機械強度，耐高溫和耐化學性以及低易燃性。該組材料還顯示出高介電強度和導熱性。

用碳纖維增強的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，并且需要一個封閉的加熱室來保持適當?shù)膶娱g粘附。

提供PAEK聚合物增強3D打印的公司主要關注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，只是因為它是一個重要的聚合物在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，但價格更便宜。

盡管復合3D打印公司尚未提供PEI，但由于Stratasys廣泛實施，其價格較低且已經(jīng)具有與之相關的航空標準，因此PEI不會出現(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更堅固。

芳綸纖維：芳綸纖維與本系列中討論的其他增強纖維相比，雖然價格較高，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：陶瓷強度較高