連續復合材料CF3D將復合材料的力量與快速固化樹脂相結合，創造出一種無模、無高壓釜的制造工藝。它在自由空間打印結構和功能纖維。

 

盡管增材制造擁有巨大的潛力和前所未有的設計自由度和靈活性，AM仍然存在固有的弱點:各向異性，即物體在不同軸向上表現出不同的機械性能的趨勢。

 

這是因為大多數3D打印技術都是將零件分層制造，使得這些零件的z軸(垂直方向)強度低于水平的X軸和y軸。

 

當然，這些差異通常是小的，裂縫和分層不再是問題，這要歸功于改進的過程控制、豐富的設計實踐和更容易獲得的建筑材料。事實上，當應用力平行于層的方向而不是垂直于層時，3d打印部件通常表現出更大的強度。

 

與此同時，設計師不斷努力設計出比傳統制造的更輕、更堅固的AM部件，這意味著對塑料和復合材料的重視。但是主流的基于聚合物的工藝，如熔融沉積建模和選擇性激光燒結，其各向異性的影響大。這就造成了力量與重量之間的兩難權衡。

 

 

設想一種材料，與鋁相比，彎曲強度提高20%，抗拉強度提高一倍，但重量卻只有鋁的一半，這就是碳纖維連續。連續的芳綸纖維印刷，玻璃纖維等一大堆復合材料，這些都可以用來制造比粉末，樹脂，甚至金屬3D打印機更輕和更強的任何部件。

 

這種并非全新的技術被稱為連續細絲制造或CFF。發明者Markforged公司建議把這種技術用于3D打印機，制造結實、功能齊全的部件。

 

增材制造技術使得哈丁頓動力公司(Haddington Dynamics)將其德克斯特(Dexter)機器人臂上的部件數量從800個減少到不到70個。完全組裝的七軸吊臂是由連續碳纖維增強材料制成。

 

 

 

我們的Mark 2、X7和其他連續光纖打印機型號可以打印三種東西，馬薩諸塞州沃特敦markforge公司的材料主管Joe Roy-Mayhew說。先，它的表面質量非常好，以至于你很難分辨出從它上面的零件是注塑成型的還是3d打印的。第二個是機械強度，它通常比你從競爭技術中意識到的要高一個數量級。第三個是簡單性，因為用戶基本上只需要點擊打印按鈕，一兩個小時后就可以回到終端功能部分。

 

表面上看，Markforged s CFF打印機的外觀和操作與其他絲狀打印機非常相似。不同的是每層增加了數百股連續的增強材料。

 

羅伊-梅休解釋說，該系統配備了兩個噴嘴，一個用于存放尼龍或其他塑料填料，另一個用于存放碳纖維、凱夫拉爾纖維或玻璃纖維增強股。在初始填充操作后，鋼絞線被熨到需要的地方，例如在零件周邊，或追蹤孔和凸臺的外側以獲得額外的強度。

 

羅伊-梅休承認，CFF零件不是各向同性的，它們的z軸強度不等于水平面的強度。也就是說，他和markforge團隊已經發現，大多數可加性制造的部件或非加性制造的部件不會受到來自各個方向的應力和應變，任何工件的功能和強度都取決于設計，就像用于生產它的材料一樣。

 

 

在連續光纖中，Markforged并不是唯一的公司。盧森堡的Anisoprint提供了一種連續的光纖打印機，桌面金屬和它的基于膠帶的光纖系統在那里，HBO電視劇《西部》的粉絲們將會看到一種技術，這種技術讓人詭異地聯想到曾經用來建造劇中機器人居民的技術(參見側欄)。席執行官泰勒·阿爾瓦拉多稱，他的公司的技術絕對是一種非常不同的3D打印方法。

 

它依靠連續的復合原料和快速固化熱固性樹脂來生產機械性能遠遠優于熱塑性塑料的部件，正如Alvarado指出的，熱塑性塑料是AM常見的類型。

 

他說，我們的獨立打印頭可以安裝在龍門架系統或機械臂上，因此它可以制造的工件的大小幾乎是無限的。然后引導它穿過自由空間，同時擠壓干纖維材料，用熱固性樹脂原位浸漬，然后用高強度的能源就地固化。這意味著一個零件可以保持它的形狀完全不受支持，同時也可以在三維空間中構建，而不是傳統的基于層的方法。

 

 

 

可以肯定的是，連續復合材料的目標遠不止于結構堅固的3d打印部件。因為它可以一次打印多條線的材料，它可以與用于制造飛機結構的基于膠帶的AFP(自動纖維放置)機器競爭，同時消除了對笨重的鋪層工具和昂貴的后期固化過程的需要。

 

正如阿爾瓦拉多在近的一次TED演講中所演示的那樣，它還允許在工件中引入銅和鎳鈦諾線，為配備傳感器、導電的3d打印智能結構打開大門。

 

“We were frustrated with the three shortcomings of virtually all additive manufacturing processes, which are weak materials, slow print speeds, and small build volumes,” said Alvarado. “Our technology addresses all of these and more.”

 

阿爾瓦拉多說:“幾乎所有增材制造工藝都存在三個缺點，我們對此感到失望，這三個缺點是材料強度低、打印速度慢和體積小。”然而我們的技術解決了所有這些問題，甚至更多。