碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量新型纤维材料，是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌，再经碳化及石墨化处理而得到的。这种材料“外柔内刚”，质量比铝还要轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀等优异特性，在国防军工和民用方面都有很高的应用价值。正因为具有如此优异的特性，碳纤维这种材料在几年前就进入到了3D打印的视野中。不过，目前它们的价格还是太贵，只能应用于高端汽车和航空上。

那么现在，一些公司正在尝试使用3D打印让碳纤维部件变得更便宜且应用更广。目前的碳纤维3D打印发展状况如何呢?下面，我们为大家盘点一下几家比较知名的碳纤维3D打印企业和他们的技术与产品。

Arevo Labs

该公司来自著名的美国硅谷，主要业务包括提供工业级的碳纤维3D打印机，用于3D打印的新型碳纤维和碳纳米管(CNT)增强型高性能材料，以及借助独有的3D打印技术和专用软件算法，使用市场上现有的长丝融熔3D打印机制造产品级的超强聚合物零部件。

这家公司在2015年后期推出了自己的首款机械臂3D打印平台(RAM)。该平台是由ABB Robotics公司的商用6轴机器人系统、FDM 3D打印组件、终端效应器硬件以及一套综合的软件组成的，能够使用高性能的碳纤维热塑性塑料3D打印出复杂的复合部件。

图1 ABB 6轴机器人IRB 120

RAM搭载的是ABB公司最小型号的机械臂——IRB 120，不过其所使用的可扩展软件是可以匹配和支持更大的型号的。所以根据型号的不同，其构建体积最小为1000 mm3，而最大可达8000 mm3。末端执行器的硬件包括一个用于处理高性能碳纤维增强热塑性塑料的热管理沉积头。

Arevo软件套件将计算机辅助设计模型转换为一组执行增材制造的指令发送给机器人。该软件提供了6个自由度和多轴的工具路径，机器臂在3D表面可变换方向。一个精确的运动学仿真解释材料沉积指令验证和优化打印过程。

Impossible Objects

该公司拥有专利的复合材料3D打印工艺 (CBAM)，能将特定材料以层层堆积的方式成型，并用内置热源将它们融合在一起，打印完成后将不需要的材料移除即可。Impossible Objects将强度更高的材料用于3D打印技术，比如碳纤维、芳纶(Kevlar)和玻璃纤维等。打印完成后的零部件要比使用传统热塑性材料3D打印出来的部件强度要高2～10倍。由于其独特的复合材料构成，用户也可以通过定制以用于各种应用，包括热和化学腐蚀等环境。

图2  Impossible Objects拥有专利的复合材料3D打印工艺——CBAM

Impossible Objects的创始人Robert Swartz认为，能够打印碳纤维部件将让3D打印技术在很多领域更加有用。目前3D打印出来的塑料部件的性能并不好，而要想性能好，就需要更好的材料。

Impossible Objects研发了新工艺。新工艺避免打印碳纤维，而从碳纤维布开始。在碳纤维布的上方，打印机根据数字指令精准地喷涂清洗液，然后根据设计加入树脂;将碳纤维布堆积并加热，使树脂融化，与碳纤维结合;最后，将未能与树脂结合的碳纤维去除。

Impossible Objects已根据新工艺做出了可供出售的设备。Impossible Objects当前的商业模式是为客户提供高强度塑料产品的打印服务，他们正在将其CBAM技术设备商业化，下一步就将直接出售设备。

Electroimpact

该公司的旗舰设备是自动纤维铺放设备(AFP)，它采用了超薄碳纤维预浸带或者预浸丝自动铺放技术，可以实现十分精细的打印质量。

该设备具有一条长达6.4 m的机械臂，头部有16个类似于老式缝纫机上线轱辘的装置，整个手臂被架置在12 m长的轨道上，可以围绕模型快速运动并同时进行打印，所以能显著缩短零部件和原型产品的生产时间并降低成本。

AFP的基本原理与常规FDM打印机类似，可以打印最长近8m的部件，在不平整和复杂的表面上，打印速度可以达到50 m/min的惊人速度。

一些知名机构和企业已经采购了AFP的设备和产品，比如美国宇航局(NASA)的马歇尔航天就购买了AFP的打印品作为制造航天器的零件，同时波音也购买了多台Electroimpact的AFP设备，希望用来制造飞机机翼上的复合材料结构。

MarkForged

该公司在三年前推出了全球首款能打印复合材料的桌面3D打印机Mark One，该设备的成型尺寸为305 mm×160 mm×160 mm，能够使用碳纤维和其他复合材料直接制作出在机械性能上足以与金属部件媲美的“连续纤维加固”塑料类部件。

图3  全球首款能打印复合材料的桌面3D打印机Mark One

这款设备有两个打印头，一个会使用尼龙材料，另一个会使用碳纤维、玻璃纤维等高强度纤维材料，然后联合制造出强度可以媲美甚至超过铝制品的超强部件。

MarkForged的CEO Greg Mark认为，碳纤维价格昂贵的一个重要原因是它的制作工艺：复杂、耗时、人力需求大。Mark认为他们公司开发的新技术简单到只要在电脑里设计好部件，点击按钮，几个小时后部件就可以生产出来了。由于设备的应用广泛，实用性极强，该公司在2015年实现了400%的收益。

目前，本田公司使用了Mcor ARKe 3D打印机来创建纸制模具，然后用它来制作传统的CFRP零部件。据悉，纸模具可以在135°的高温和0.5 MPa的压力下，持续几个小时保持不变形，这足以让碳纤维成型。本田公司利用SDL技术制作模具以生产碳纤维增强塑料(CFRP)零部件，算是对SDL技术应用的一种创新。

MarkForged公司已经和本田合作了12个月，这期间本田一直在使用其SDL技术，并在公司的各个细分市场中也有使用到。通过使用SDL技术来制造碳纤维零件，这种3D打印纸张模具的特性基本与木质模具相似，能够承受高温和高压。

虽然Mcor ARKe 3D打印机但的成本为17995美元，据本田预估，3D打印CFRP模具的成本比传统CNC模具成本节省约10倍，长期来看依然是划算的。3D打印是一种未来的工业革命，预计在未来，传统加工技术肯定会被这个新时代的产品取代，换而言之碳纤维的使用定会被推至一个新的高峰。