當(dāng)討論 3D 打印耗材的時(shí)候，我們通常從打印性能和力學(xué)性能兩方面來評估性能。前者決定了材料本身是否適合用于 3D 打印，影響的是打印件的外觀呈現(xiàn)和尺寸精度；后者很大程度上決定了材料是否符合應(yīng)用場景的需求。

打印普通的外觀件時(shí)并不需要仔細(xì)考慮材料力學(xué)性能，但當(dāng)有使用場景需求，如無人機(jī)零件、賽車零件、機(jī)械零件等，就要考量力學(xué)性能，包括剛度（抵抗變形的能力）/強(qiáng)度（抵抗破壞的能力）/韌性（抵抗沖擊斷裂的能力）/耐熱（高溫不變形的能力）等。力學(xué)性能越強(qiáng)，意味著產(chǎn)品越能滿足廣泛嚴(yán)苛的應(yīng)用場景。這些具備優(yōu)異力學(xué)性能的耗材，即為高性能耗材。

拓竹 X1 系列的定位之一，就是給高性能耗材提供涵蓋設(shè)備、耗材、打印參數(shù)等多維度的解決方案，使玩家沉浸式享受打印高性能耗材。研制性能優(yōu)異且價(jià)格適宜、打印省心的高性能耗材，也是我們最重要的使命之一。

# 什么是碳纖維

使用纖維增強(qiáng) 3D 打印基材是研制高性能耗材的最常見方式之一。如果把基材比作混凝土，纖維就像鋼筋，二者混合就像混凝土中加入鋼筋。如只有混凝土，澆筑物在外力作用下很容易裂開，但一旦將高強(qiáng)度的鋼筋加入其中，且混凝土將其充分包裹，它們將變成一個(gè)整體。當(dāng)物體受到外力作用的時(shí)候，鋼筋可以承受大部分外力，使得這個(gè)整體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度非常高。

常見的增強(qiáng)纖維中，碳纖維舉足輕重，此外常見的還有玻璃纖維和凱夫拉纖維等。碳纖維具有高硬度、高強(qiáng)度、重量小、高耐化學(xué)性、耐高溫等優(yōu)秀的特性，使其在航空航天、軍事、賽車、競技體育運(yùn)動(dòng)等產(chǎn)品中很受歡迎。但復(fù)雜的生產(chǎn)工藝和高昂的成本制約了其大批量使用。

# 3D打印中的碳纖維耗材

不同基材中混入碳纖維后，性能的提升是完全不同的，這些差異跟基材本身有直接關(guān)系，也是區(qū)分高性能碳纖維材料和入門級碳纖維材料的依據(jù)，后文將進(jìn)行詳細(xì)的介紹。
當(dāng)然，碳纖維的加入也會(huì)帶來缺點(diǎn)。第一，對打印設(shè)備的要求。高性能碳纖維材料往往需要使用密閉腔體，以確保更高且更均勻的腔溫；需要支持更高打印溫度的熱端；要求熱端材質(zhì)為硬化鋼、碳化鎢、紅寶石等超級耐磨損的材料。此外，高性能碳纖維材料一般剛度會(huì)更大，也就是線材更難被彎曲，所以在打印過程中更容易磨損打印通道。第二，打印體驗(yàn)。由于耗材中保留有一定的長度的碳纖維（約 0.05-0.2mm），它們在耗材的打印溫度下無法熔化，打印過程中也相對更容易堵頭。我們的機(jī)器目前已經(jīng)滿足了使用碳纖維基本的需求：X1-Carbon 擁有全封閉的機(jī)箱、硬化鋼噴嘴、高達(dá) 300°C 的噴嘴溫度和 110°C 的熱床溫度等。對于打印體驗(yàn)，我們一方面對耗材配方進(jìn)行了獨(dú)家優(yōu)化，并使用更好的工藝處理碳纖維，以降低碳纖維耗材在打印過程中的堵頭概率。另一方面，我們也對其打印參數(shù)做了匹配和優(yōu)化。當(dāng)然，在實(shí)際使用中，我們也推薦使用更低的打印速度、更大的打印噴嘴尺寸等。

# 高性能碳纖維耗材

-- PA-CF --

尼龍（PA）是有著優(yōu)良的綜合力學(xué)性能的常見工程材塑料。PA-CF 即是以尼龍為基材的碳纖維材料，是目前最常見的?3D 打印高性能耗材之一。但 PA 有吸水率高的特點(diǎn)，而 3D 打印工藝恰恰對水分非常敏感。吸水后的 PA 在打印過程中很容易產(chǎn)生拉絲、漏料，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致堵頭；其打印件在吸水后，強(qiáng)度和剛度也會(huì)相應(yīng)降低，但韌性會(huì)有所提升。PA 類型很多，性能差異很大。3D 打印中使用比較多的有 PA6、PA12 和一些特種尼龍。PA6 具有較強(qiáng)的力學(xué)性能，但吸水率遠(yuǎn)高于 PA12（PA6 為3%，而 PA12 為 0.3%），但 PA12 的力學(xué)性能又遠(yuǎn)不及 PA6。二者成本差異也很大。故研制一個(gè)優(yōu)異的 PA-CF 配方，需要從力學(xué)性能、吸水率、成本等多維度進(jìn)行綜合平衡。最終，拓竹推出了一款低吸水率且兼顧力學(xué)性能的?Bambu PAHT-CF，特殊的配方使其具有更低的吸水率和更高的耐熱溫度。設(shè)計(jì)它時(shí)也優(yōu)化了剛度，使其能用于?AMS，讓配合支撐材料打印尼龍?zhí)祭w耗材也變?yōu)榭赡堋ambu PAHT-CF?綜合性能優(yōu)異，可應(yīng)用于工業(yè)治具、夾具、汽車零部件、無人機(jī)零部件等。

-- PET-CF --

拓竹還推出了?Bambu PET-CF，一款更高剛度的碳纖維材料，以滿足用戶在部分工況下對制品更高的剛度要求。PET 目前被廣泛應(yīng)用于塑料瓶、汽車零件等領(lǐng)域，具有較高機(jī)械性能、耐溫、耐化學(xué)等特點(diǎn)，其在加入碳纖維后可以顯著提升力學(xué)性能，尤其是剛度，且相對 PA 來說有著超低的吸水率（約為 0.3%），使得其打印件受潮后機(jī)械性能幾乎不變，可在潮濕環(huán)境中工作。但 PET-CF 的線材比較脆、層間粘接強(qiáng)度差。我們也對配方進(jìn)行了調(diào)整，使 Bambu PET-CF 的 Z 向沖擊強(qiáng)度達(dá)到 4.5 kJ/m2 左右，而其他品牌 PET-CF 的此項(xiàng)參數(shù)一般為 2-3 kJ/m2 左右。即便如此，層間粘接依然是這款材料最大的短板。通過合理的打印工藝和使用工況可以揚(yáng)長避短，如在使用 PET-CF 結(jié)構(gòu)件時(shí)，要盡可能避免受力方向沿著層間粘接的方向，避免受到過多的沖擊撞擊。Bambu PET-CF?的使用場景與 PAHT-CF 類似，但PET-CF?更適合用于尺寸穩(wěn)定性要求高的結(jié)構(gòu)件，以及長期與水接觸的打印件。

# 入門級碳纖維耗材

碳纖維的加入對 PLA 和 PETG 這兩種基材的性能提升不算很高，相比于普通的 PLA 和 PETG，Bambu PLA-CF?和?Bambu PETG-CF?是強(qiáng)度和模量稍好的易打印美學(xué)材料，且都適用于 AMS。

-- PLA-CF --

Bambu PLA-CF 是一款具有啞光碳纖維紋理的耗材，提升了打印件外觀，且擁有媲美 PLA 的打印性能。我們?yōu)閮?yōu)化打印體驗(yàn)降低了碳纖維含量，以確保其在更高的打印速度下沒有堵頭的風(fēng)險(xiǎn)。雖然碳纖維含量較低，但它的剛度相比于普通 PLA 依然提升了 30% 以上。且碳纖維的存在抑制了打印過程中的收縮變形，從而提升了產(chǎn)品尺寸精度。但碳纖維會(huì)影響 PLA-CF 的層間粘接強(qiáng)度，從另外一個(gè)角度來看，使用這種材料打印的支撐也會(huì)更容易拆除。因此，Bambu PLA-CF?主要適用于打印生活中的小工具、產(chǎn)品功能原型、需要?jiǎng)偠鹊慕Y(jié)構(gòu)件等。它的性能跟普通PLA對比如下：

-- PETG-CF --

Bambu PETG-CF，具有亮光碳纖維紋理。與 PLA-CF 相比，它的剛度沒有那么高，但有更好的韌性，同時(shí)層間粘接強(qiáng)度也會(huì)更好，在某些特殊情形下，打印體驗(yàn)也會(huì)比 PLA-CF 更好一些。此外，PETG-CF 具有更優(yōu)異的耐水性、耐紫外線性、耐候性，在戶外使用時(shí)不會(huì)像 PLA-CF 一樣很快發(fā)生老化、降解。所以，如需更好的韌性和層間強(qiáng)度時(shí)，可以優(yōu)先考慮 Bambu PETG-CF；如果需要更高的剛度，則可以選擇 Bambu PLA-CF。

此外，為了讓碳纖耗材擺脫乏味的黑色，我們也針對 PLA-CF 和 PETG-CF 研制了更多的顏色。目前 PLA-CF 有?5 種顏色在售，PETG-CF 的首款新色紫羅蘭色也已于2023/05/19上線。

后續(xù)拓竹還會(huì)有更多的碳纖維材料以及其他纖維增強(qiáng)材料，以盡可能地滿足大家對于高性能材料的各種需求。我們希望通過設(shè)備、切片軟件、材料、Wiki 指引等多方面的努力，提供更加優(yōu)質(zhì)的碳纖維材料 3D 打印體驗(yàn)，可以讓更多人以更低的門檻體驗(yàn)到碳纖維給 3D 打印帶來的不同之處。敬請期待吧~

*更多的詳細(xì)參數(shù)請參考耗材的?TDS（技術(shù)參數(shù)表）和?MSDS（化學(xué)品安全技術(shù)說明書）文檔。