了解复合材料

在之前的博文中，我们分解了最流行的 3D 打印热塑性塑料之间的主要差异。虽然它们的低熔化温度和普遍的印刷简单性使得制造快速和简单的部件，但在涉及强度、刚度和耐热性等机械性能时，热塑性塑料仍有一些不足之处。幸运的是，利用类似于熔丝制造（最流行的热塑性塑料打印工艺）的技术，Markforged 开发了一种 3D 打印复合材料的方法，该方法几乎在所有方面都超越了热塑性塑料的性能。

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什么是复合材料？

复合材料是由两种或多种物质制成的材料，它们在组合时具有不同于原始组件的特性。它们由两个主要元素组成：基体和增强体。对于典型的纤维复合材料，将增强材料（例如碳纤维或玻璃纤维）成型为首选形状，然后用基质（通常是环氧树脂或热塑性塑料）覆盖以保持其结构。复合材料是有益的，因为材料组合产生的协同特性使它们在保持低密度的同时远远优于热塑性塑料。事实上，许多碳纤维叠层比钢更坚固，重量只有钢的十分之一。

构成多种不同复合材料的基质和增强材料种类繁多；在这篇文章中，我们将专门研究 Markforged 的​​ 3D 打印复合材料、它们的特性和理想的应用。

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3D 打印复合材料

就像任何其他复合材料部件一样，Markforged 的​​ 3D 打印复合材料由两个部分组成：基体和增强体。我们的基质称为 Onyx，一种基于尼龙的热塑性塑料，增强材料是我们的四种连续纤维之一。这些增强纤维包括碳纤维、玻璃纤维、高强度高温玻璃纤维和 Kevlar®。

玻璃纤维

玻璃纤维是我们的入门级增强纤维。顾名思义，它是由结合在一起的玻璃纤维组成的细丝。玻璃纤维是一种很好的初学者增强纤维，因为它具有高性能且价格低廉。在弯曲方面，玻璃纤维的强度是 ABS 的四倍，刚性是 ABS 的 11 倍。这为开始 3D 打印工业工具、固定装置和工件夹具提供了一种有效的方法，这些工具、夹具和工件夹具需要比热塑性塑料所能提供的强度更高的强度。

碳纤维

碳纤维是 Markforged 增强纤维中最坚固、最坚硬的。 3D 打印碳纤维部件的强度重量比几乎是 6061 铝的两倍，性能优于金属加工部件。碳纤维在受压时也能最大限度地弯曲，使其比铝材有优势，铝材在加载时会发生塑性变形。

由于碳纤维的强度可与金属相媲美，我们的客户经常使用它来打印正常机器的零件。这包括软夹爪、最终用途零件和生产成型工具。

凯夫拉纤维

Kevlar 是一种更专业的增强纤维，具有独特的品质。它非常耐用；用 Kevlar 加固的部件可以经受打击而不会失败。它也是 Markforged 增强纤维中最轻的，密度比其他纤维低 15-20%。 Kevlar 最显着的特性之一是它能够在不损失强度的情况下塑性变形。凯夫拉纤维增强部件在加载到最大值时允许一些屈服，从而导致更渐进的失效模式。例如，碳纤维更硬，但更脆，当加载到最大时，它会完全失效并且没有警告。另一方面，Kevlar 会变形，直到纤维开始一次失效，从而提供更可预测的失效。

由于其低密度和卓越的耐用性，Kevlar 是涉及大量运动和与其他部件重复接触的应用的理想选择。我们的客户使用它来 3D 打印末端执行器、碰撞测试假人、机械停止以及其他涉及可变负载的应用。

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高强度高温玻璃纤维

HSHT 玻璃纤维是另一种特殊的增强材料。顾名思义，它是一种耐热、高强度的玻璃纤维。它在高达 300 华氏度的温度下保持其刚性。 HSHT 还表现出令人难以置信的抗冲击性：是 ABS 的 30 倍，是 PLA 的 100 多倍。此外，HSHT 玻璃纤维是我们最具弹性的纤维；它将在加载时偏转，然后在移除负载时恢复其原始形状。对于需要反复偏转而不产生永久变形的零件来说，这是一个有利的特性。

上述特性使 HSHT 在某些制造过程的重复夹紧和热冲击期间抵抗塑性变形。我们的客户使用 HSHT 来 3D 打印焊接夹具、热成型件、热固性模具、注塑模具嵌件、吹塑模具和其他高冲击、高温应用的零件。

复合 3D 打印

复合材料 3D 打印使设计师和工程师能够在整个制造周期中利用多种材料特性进行应用。我们在本文中介绍的四种纤维所表现出的特殊特性为将增材制造应用到前所未有的领域提供了机会。

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