用 3D 打印碳纤维替换铝制零件
最近，行业供应商中铝的严重短缺导致价格大幅上涨。 2021年1月以来，铝价涨幅超过50%，专家预计未来两年涨幅将持续。
根据 Jyske Bank 的说法，全球铝短缺可以追溯到三个因素导致的材料消耗增加：刺激计划导致消费品支出增加，依赖铝使用的可持续技术投资增加（例如风力涡轮机、电动汽车）和中国铝的生产和消费。
鉴于这种铝短缺，Markforged 碳纤维提供了一种合适的替代方案，因为我们的许多客户都使用它来替换由机加工铝制成的零件。碳纤维在我们的增强纤维中具有最高的强度重量比。碳纤维增强材料比 Onyx 强 6 倍，硬 18 倍，通常用于替代机加工铝的零件。
当铺设到 Onyx 等复合基材中时，它可以生产出与 6061-T6 铝一样坚固的部件。作为一种材料，它非常坚硬和坚固，并且可以通过 Markforged 3D 打印机自动铺设成各种几何形状以生产优化的零件。
什么是碳纤维？
碳纤维由碳原子组成，这些碳原子被组织成直径仅为 5-10 微米的长晶体纤维。在现代制造业中，数千根碳纤维被捆绑在一起并与其他材料结合形成复合材料。当与热塑性或热固性树脂基体结合时，碳纤维丝束可以采用各种形式用于工程应用。
碳纤维的特殊材料特性使其成为各种应用的理想选择，其中包括：
- 高刚度和抗拉强度（与铝一样坚固）
- 相对密度远低于钢和铝
- 耐热和耐化学品
是什么让碳纤维成为铝的理想替代品？
使用连续纤维增强 (CFR)，碳纤维可以达到与铝相似的强度，并且能够在应用中替换机加工部件。这是由于其增强的刚度、抗冲击性、耐热性和耐用性。
CFR 允许用户在其零件中使用连续纤维的方式具有灵活性——用户可以控制将多少碳纤维插入零件中，以及碳纤维丝束在零件中的具体放置位置。
碳纤维特性
与 6061 铝相比，3D 打印碳纤维的弯曲强度重量比提高了 50%，拉伸力矩的强度重量比提高了 300%。碳纤维连续增强材料已被用于为一些最大和最负盛名的全球企业制造保形夹具/固定装置和专用工具，直至用于高端赛车应用的一次性最终使用零件。
此外，与 6061-T6 铝 (<480 MPa) 相比，增强碳纤维的抗弯强度为 540 MPa。
单击此处获取碳纤维强度测量的综合纲要。
碳纤维打印是如何工作的？
Markforged 打印机首先使用 Onyx 形成零件的外壳和填充物，Onyx 是一种填充有短链短切碳纤维的热塑性塑料。该工艺步骤称为熔丝制造 (FFF)。
然后使用辅助喷嘴镶嵌长股连续纤维增强材料 (CFR)，选择性地增强周边、选择特征或零件的整个层。使用 CFR，可以通过不同方式对零件进行战略性加固，以适应不同的特定负载条件。
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3D打印