连续纤维3D打印:从“能打印”到“可应用”

连续纤维3D打印是一种将FDM（熔融沉积成型）技术与连续纤维复合材料相结合的新型增材制造技术，其核心目标是实现高强度、轻量化结构件的制造，推动“以塑代钢”的工程化应用。

连续纤维与其他材料及金属性能对比

所谓连续纤维，是由1K（1000根）或3K根极细的干纤维丝经树脂浸渍后成型的热塑性纤维长丝，打印过程中纤维保持不熔融状态，从而赋予材料优异的力学性能。

相比传统以高分子塑料为主的3D打印，连续纤维打印可使构件强度提升至少5倍，在增材制造与材料工程领域具有重要地位。

然而，在实际推广中，连续纤维3D打印面临一系列应用难题：

究其原因，行业内普遍存在设备、材料与工艺开发相互割裂的问题。

设备厂商卖设备，纤维丝厂商卖纤维丝，各自独立，导致连续纤维打印始终难以突破“稳定打印”这一基础瓶颈。

最终，客户不得不在两种困境中做选择：

要么购买高价设备，忍受高成本；

要么选择不成熟设备，忍受不稳定与不便，以换取较低的采购成本。

连续纤维复合材料经历了从传统金属到热固性连续纤维，再到热塑性连续纤维3D打印的演进。

热固性连续纤维共挤技术率先实现了连续纤维3D打印的应用落地，但在层间结合、动态力学性能和可回收性方面仍有局限。

随着应用需求提升，热塑性连续纤维正成为新的发展方向。

中纤三维以此为切入口，持续推进材料、工艺与设备的协同优化，自研了热塑性连续纤维材料——CCF/PA。

核心技术路线

中纤三维的技术路线，以材料、工艺与设备协同开发为核心。联动中科院宁波材料所，以连续纤维3D打印需求为基础，搭建稳定可靠的设备平台。通过大量实验推进材料、工艺和设备的协同优化，形成一整套完整的连续纤维3D打印技术。

连续纤维总技术路线框架

同时，以前沿的机器人AI技术革新赋能基础硬件平台，将设备智能化、易用化、品质化，围绕客户应用构建以轻量化和高强度为核心的连续纤维3D打印生态体系。

实现稳定打印的关键：材料制备

实现稳定打印的基础，在于对连续纤维材料的精准控制。通过对比国内外头部机构及厂家的产品，研究发现：

（1）直径一致性影响送丝顺畅度

国内外TOP品牌平均直径与宣称直径对比

直径差异过大会导致输送过程中的卡顿与堵丝。

（2）截面圆度与纤维分布影响挤出稳定性

截面异常会导致挤出长度偏离预定值，并因浸润料变化引发层间不粘结。

（3）纤维质量决定力学性能与堵丝风险

国外M

国内A研究院

国内B研究院

TGA热重测试结果：国外厂家M：44.17wt%，国内研究机构A：34.66wt%，国内研究机构B：45.77wt%。

中纤三维CCF/PA材料参数

基于以上对比研究，中纤三维与中科院宁波材料所合作，经大量实验测试，开发量产的尼龙基材浸润连续碳纤维长丝（CCF/PA），关键参数如下：

CCF/PA丝材中的纤维分布

中纤三维自研的CCF/PA，突破传统连续纤维3D打印在层间结合与结构强度上的限制，实现高强度、高韧性的综合性能表现：

拉伸强度910 MPa 

弯曲强度450 MPa

压缩强度250 MPa 

层剪35Mpa

这一性能显著拓展了连续纤维3D打印在高性能结构件中的应用边界，已在多个典型行业中展现出替代传统材料的潜力，如：