尼龍是強(qiáng)度很高的聚合物3D打印材料，而如果將其與碳纖維復(fù)合，則可以綜合二者的優(yōu)越性。尼龍?zhí)祭w的3D打印件具有很好的機(jī)械性能，強(qiáng)度與剛性比未增強(qiáng)的尼龍高很多，耐磨性、高溫蠕變性和熱穩(wěn)定性都得到顯著提高。此外，碳纖維增強(qiáng)尼龍在3D打印中阻尼性優(yōu)良，與玻纖增強(qiáng)相比具有更好的性能。這樣的高性能材料不僅可以用于汽車領(lǐng)域，還可以在時尚和奢侈品行業(yè)大放異彩（注：本文內(nèi)容主要涉及短切碳纖維復(fù)合尼龍材料） 。

尼龍+碳纖的優(yōu)勢——用聚合物代替金屬

在設(shè)計工業(yè)應(yīng)用工具時，傳統(tǒng)技術(shù)使用鋁制或者替代性的金屬合金材料，這是因為金屬件的表現(xiàn)更加優(yōu)異并符合該類工具的要求。在許多情況下，熱塑性塑料可以達(dá)到該類工具的強(qiáng)度要求，但是無法滿足執(zhí)行測試任務(wù)時的剛性要求。

INTAMSYS 3D打印的碳纖維增強(qiáng)尼龍夾具

而這正是復(fù)合材料發(fā)揮作用的地方。向基礎(chǔ)聚合物中添加增強(qiáng)材料可以極大地改變原材料的性能，從而使塑料件替代金屬件成為現(xiàn)實(shí)。目前常用的FDM增強(qiáng)材料有碳纖維和玻璃纖維，可用來增強(qiáng)ABS、尼龍（PA）、聚丙烯（PP）、聚醚醚酮（PEEK）等材料。

碳纖維增強(qiáng)尼龍是金屬的理想替代品，由于結(jié)合了尼龍的輕質(zhì)和碳纖維的機(jī)械強(qiáng)度和熱性能，碳纖維復(fù)合尼龍材料的強(qiáng)度與剛度顯著提高，其機(jī)械強(qiáng)度甚至超過了3D打印的PEEK和PEKK，在汽車工業(yè)中從車輛固定架和儀表等內(nèi)外部組件到發(fā)動機(jī)殼體均可以替代金屬部件。眾所周知，汽車碳纖維由于其強(qiáng)大的熱和機(jī)械性能，被廣泛用于汽車制造，作為金屬零件的替代品，碳纖維增強(qiáng)尼龍在汽車工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景，能夠?qū)崿F(xiàn)減輕重量與設(shè)計優(yōu)化的可能性，同時具有環(huán)保和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

INTAMSYS 3D打印的材料性能

制造業(yè)在不斷調(diào)整以滿足新的需求。定制化、按需生產(chǎn)和小批量生產(chǎn)等需求都在不斷催生有別于傳統(tǒng)制造方法的替代性方案。增材制造技術(shù)可能永遠(yuǎn)無法完全取代數(shù)控機(jī)床加工或鑄造，但高性能FDM打印機(jī)能夠以高性價比的方式滿足這些需求。

碳纖維填充的尼龍材料相比純尼龍具有更高的性能，是FDM材料組合中的熱塑性材料之一，它不僅可以用于汽車制造行業(yè)， 其特殊的性能可以滿足其他行業(yè)的制造需求。

碳纖維增強(qiáng)尼龍解決奢侈品行業(yè)的制造難題

Promotion SpA是一家在奢侈品珠寶以及手表行業(yè)中具有非常高知名度的公司，其材料研發(fā)科學(xué)家Federica Tiso表示，他們會把控整個過程，從原型設(shè)計、原型測試、生產(chǎn)制造、品控再到物流，為客戶提供完整的解決方案。

該公司在多年前已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用3D打印技術(shù)用于縮短開發(fā)時間，并確保每條表鏈的質(zhì)量。2014年，該公司引入了基于SLM技術(shù)的金屬3D打印機(jī)，并采用青銅和不銹鋼來制作原型和工具，之后又購買了可以打印純金的金屬3D打印機(jī)；2019年，Promotion引入一臺可打印液體樹脂的DLP打印機(jī)；除此之外，該公司還購入了INTAMSYS的高端FDM 3D打印機(jī)。

INTAMSYS FUNMAT HT FFF 打印機(jī)

在手表設(shè)計驗證過程中，通過3D打印制造的碳纖維增強(qiáng)尼龍夾具解決了一系列原型設(shè)計的問題。尼龍?zhí)祭w的機(jī)械強(qiáng)度和輕量化特點(diǎn)給這家公司留下了深刻印象。

INTAMSYS FUNMAT HT制造軟件

在進(jìn)行手表鏈條銜接的過程中需要進(jìn)行表面焊接，該過程離不開夾具，而使用傳統(tǒng)的3D打印樹脂夾具則遇到了一些問題。為了保護(hù)表鏈不受夾具本身損壞，同時還要避免它們在加工過程中移動，需要使用一種軟材料。該夾具的整體尺寸為115x16.75x10mm，齒寬約為0.8毫米，Promotion SpA在采用3D打印的樹脂夾具時發(fā)現(xiàn)，因為受到光降解的影響，夾具的強(qiáng)度很弱，當(dāng)施加太多的力時，樹脂夾具很容易斷裂。

尼龍?zhí)祭w3D打印的手表鏈條裝配夾具

Promotion SpA不得不尋找其他解決方案，最終在工程師的建議下，采用INTAMSYS的FUNMAT HT FFF打印機(jī)和碳纖維增強(qiáng)尼龍來制造夾具。Federica Tiso表示，“我們之前從來沒有使用過這樣的材料，但它的高強(qiáng)度質(zhì)量比給我們留下了深刻印象。3D打印的尼龍?zhí)祭w夾具需要固定側(cè)螺母，但是它的強(qiáng)度和精度能夠滿足使用要求，即便是夾具已經(jīng)超負(fù)荷了，也不會在中途翹曲?！?

INTAMSYS的 3D 打印機(jī)通過實(shí)際證明了對于Promotion的價值，尤其是證明了使用高性能材料打印的夾具可以替代金屬，他們還在不斷挖掘應(yīng)用，包括使用尼龍?zhí)祭w材料打造輕質(zhì)耐磨的機(jī)械手末端夾具等。而前面我們提到該公司購買了多種類型的3D打印機(jī)，從這個案例中我們可以看到，不同的工藝和材料，適用于不同的制造環(huán)節(jié)，相互之間難以替代。

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料以其優(yōu)異的力學(xué)性能已被廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域，但由于傳統(tǒng)制造工藝的限制，復(fù)合材料依然無法應(yīng)用于一些具有復(fù)雜構(gòu)型的結(jié)構(gòu)。3D打印技術(shù)的快速發(fā)展無疑為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜幾何形狀的復(fù)合材料制造提供了契機(jī)，從而進(jìn)一步拓展了復(fù)合材料的應(yīng)用范圍。

當(dāng)然，3D打印纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的形式有多種，除了本文提到的短切纖維復(fù)合，另外還有長纖增強(qiáng)復(fù)合；在制造工藝方面不僅有熔融擠出，還包括激光燒結(jié)。這兩種形式和工藝所能達(dá)到的材料性能也有區(qū)別，所帶來的制造成本和適用領(lǐng)域也大不相同。