文/本刊編譯

一種名為“局部面內(nèi)熱輔助3D打印”（簡(jiǎn)稱LITA）的方法據(jù)說(shuō)第一次實(shí)現(xiàn)了對(duì)連續(xù)碳纖維與熱固性塑料制成的復(fù)合材料進(jìn)行3D打印。

飛機(jī)、橋梁和風(fēng)力渦輪機(jī)都有一個(gè)共同點(diǎn)，那就是，它們都由輕質(zhì)、堅(jiān)固的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成。

雖然纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料具有許多優(yōu)越性能，但它們的最大缺點(diǎn)是，制造起來(lái)通常復(fù)雜又昂貴。近年來(lái)，雖然由熱塑性聚合物和不連續(xù)纖維填料制成的復(fù)合材料已成功地被用于3D打印，但受組成性能所限，3D打印的成品復(fù)合材料通常力學(xué)性能不足、耐熱性較差。因此，對(duì)連續(xù)碳纖維和熱固性塑料制成的復(fù)合材料進(jìn)行3D打印，預(yù)計(jì)能夠提供卓越的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，以及帶來(lái)設(shè)計(jì)靈活性、低成本、可靠性和可重復(fù)性。然而，將增材制造技術(shù)用于連續(xù)碳纖維和熱固性塑料的加工以直接3D打印出成品的復(fù)合材料，目前尚沒有過(guò)報(bào)道。

現(xiàn)在，來(lái)自美國(guó)特拉華大學(xué)的一個(gè)工程師團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種3D打印技術(shù)，可以使采用連續(xù)碳纖維和熱固性塑料制成的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)低成本的靈活生產(chǎn)。他們的研究成果最近被發(fā)表在《Matter》雜志上。

連續(xù)碳纖維的熱固性復(fù)合材料也能3D打印

該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的方法名為“局部面內(nèi)熱輔助3D打印”（簡(jiǎn)稱LITA），它允許用戶控制液態(tài)聚合物的厚度和固化程度，使其凝固成所需的形狀。

在LITA 3D打印過(guò)程中，研究人員們小心地控制碳纖維的溫度，幫助液態(tài)聚合物流入碳纖維之間的通道。然后，聚合物固化，凝固成三維結(jié)構(gòu)。在LITA 3D 打印中，不需要后固化過(guò)程，因而與傳統(tǒng)的需要幾十個(gè)小時(shí)后固化的復(fù)合材料制造方法相比，可以節(jié)省大量的能源。

該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種機(jī)器人系統(tǒng)，包括一個(gè)獨(dú)特的打印頭和自動(dòng)化的機(jī)器手臂。這種自動(dòng)化的3D打印機(jī)可以打印出各種形狀和結(jié)構(gòu)。

LITA 3D打印能夠?yàn)樵S多行業(yè)提供一種快速、節(jié)能的方法，以便采用各種聚合物與纖維組合來(lái)制造多種形狀的復(fù)合材料部件。

據(jù)說(shuō)，該方法被認(rèn)為是第一次實(shí)現(xiàn)了對(duì)連續(xù)碳纖維與熱固性塑料制成的復(fù)合材料進(jìn)行3D打印。