热塑性碳纤维和3D打印匹配吗？

    春节档上映的《流浪地球2》点燃了国人对于科幻电影的热情，其实在整部电影中很多人都忽视了一个词，那就是“3D打印”，月球表面作业的大型设备就担负了“3D打印”的工作。说到“3D打印”，就不得不提打印的材料，其中就包括热塑性碳纤维复合材料。碳纤维可能有些朋友知道，3D打印可能也知道，但是它们有什么联系吗？

    热塑性碳纤维和3D打印匹配吗？

    就目前来说，3D打印的材料有很多，诸如塑料、陶瓷、金属、LayWood、蜡材料等等，目前可供作为3D打印的材料有200多种，而热塑性碳纤维复合材料时近些年受到关注的一种。碳纤维复合材料质地很轻，同时抗拉强度和弹性模量远超金属，在一些高端领域中可以发挥出巨大的作用，如航空航天、医疗等。

    从性能上来看，热塑性碳纤维复合材料是适合3D打印使用的，不过并不是所有的热塑性碳纤维都合适。碳纤维有不同的形态，包括粉末、短切、长切和连续这几种。其中短切碳纤维纤维保留长度<1MM，长切碳纤维纤维保留长度1～25MM，而连续碳纤维理论纤维保留长度与制品最终尺寸一致。

    目前可供3D打印使用的是粉末、短切和长切碳纤维制成的热塑性复合材料，连续碳纤维热塑性复合材料想要应用在3D打印中还有较多的困难需要克服。短切材料对于3D打印机的要求很低，跟普通的3D打印机区别不大。而连续碳纤维填充热塑性树脂基体则完全是另一种打印工艺了，其中的难度提升可想而知。

    连续碳纤维热塑性复合材料是什么？

    我们常说的热塑性碳纤维复合材料其实并不是单一的种类，更多是是与热固性碳纤维复合材料进行区分而得名的。热塑和热固其实是碳纤维复合材料中树脂基体材料的两种大的分类方向，热固是指加热固化后就无法再次改变形态，而热塑顾名思义是具备二次重塑性能的类型。

    上面也提到了热塑性碳纤维复合材料中，适合3D打印的是粉末、短切和长切，这是对碳纤维不同形态而进行的划分。不管是何种形态的碳纤维，又或是热塑热固树脂，它们都是将碳纤维丝与树脂融合为一体，成为碳纤维复合材料的总称。

    这种融合并不是单单的混合，而是将树脂充分浸润碳纤维丝后形成稳定物理结构的过程。目前热固性碳纤维复合材料的使用占比更高，因为热固性树脂浸润碳纤维丝的效果更好更快更彻底，而热塑性树脂在该方面的表现还不尽如人意。

    即便如此，未来连续碳纤维热塑性复合材料还是研究的重要方向，因为它可以提供更好的性能数据，同时让下游碳纤维产品具备回收重塑的特性，帮助碳纤维产业更加环保。未来如果解决了热塑性树脂高温状态浸润效果较差等相关的问题，连续碳纤维热塑性复合材料可能会替代热固性碳纤维，遍及我们的各行各业。

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