據海外市場分析機構所發布的《增材製造複合材料2020-2030》報告顯示，到2030年，整個(ge) 複合材料增材製造市場（材料、硬件、服務和應用）將從(cong) 2020年的4.8億(yi) 美元增長到超過106億(yi) 美元。

該機構對50多家涉足該領域的公司進行了調查，並收集了該領域所有主要公司的銷售和業(ye) 務活動信息，主要研究了增材製造在複合材料市場中的滲透以及硬件技術和材料科學的發展，最終評估了與(yu) 增材製造在原型、工具和終端用途零件生產(chan) 中的應用。

該報告發現，複合材料銷售將占總收入機會(hui) 的很大一部分。這與(yu) 其他增材製造材料部門（例如金屬、高級陶瓷甚至聚合物）有很大的出入，在最終產(chan) 品中，最終零件的價(jia) 值可能比所用材料的成本高十倍以上。在複合材料中，隨著市場向零件的批量生產(chan) 邁進，預計到預測期末，該比率將縮小2到3倍。

隨著新的交通工具的發展，為(wei) 確保可行的效率和裏程水平而需要的重量與(yu) 強度之比，將需要更多地采用金屬複合材料替換。複合材料FRP的優(you) 越性能還將要求比未填充的聚合物更多地使用，因為(wei) 更高的硬件吞吐能力可降低材料價(jia) 格。因此所有這些要素都有助於(yu) 推動該細分市場的顯著整體(ti) 增長。

在這種趨勢下，應用於(yu) 複合材料領域3D打印的新材料、新技術不斷被開發出來。

應用：波音公司將3D打印複合材料納入供應鏈

高性能的複合材料3D打印在航天級別的應用越來越多。波音公司近日將一種用於(yu) 製造飛機零部件的3D打印複合材料納入到了供應鏈中，該材料具有顯著的輕量化優(you) 勢。

波音公司納入到合格供應商名單中的3D打印複合材料是由赫氏（Hexcel）生產(chan) 的HexPEKK-100材料。

這是一款聚醚酮酮和碳纖維複合材料，Hexcel開發了專(zhuan) 有的材料配方，打印工藝為(wei) 選區激光燒結（SLS），將被用於(yu) 製造最終使用的飛機零部件，例如優(you) 化設計的支架、複雜管道，以及替代部分鑄造件。

這種複合材料比鋁輕50％，是一種可替代金屬的輕量化工程級材料，該材料具有優(you) 異的溫度耐受性和耐化學性，並具有良好的機械性能，能夠滿足飛機內(nei) 部煙霧和毒性要求（ULVO，OHS）。與(yu) 傳(chuan) 統的鋁加工或複合材料加工相比，Hexcel將通過3D打印技術與(yu) HexPEKK材料提供高效的連續零件生產(chan) ，有助於(yu) 縮短交付周期，降低複雜部件的生產(chan) 成本。

PEEK（聚醚醚酮）作為(wei) 一種高熔點半晶態工程塑料，因其良好的熱穩定性和耐腐蝕性能，以及優(you) 異的力學性能和生物兼容性而受到航空、航天、汽車工業(ye) 以及醫療等各個(ge) 應用領域的關(guan) 注和研究。

連續碳纖維增強PEEK（CCF/PEEK）複合材料通過傳(chuan) 統的熱壓技術而製成的高性能製件在20世紀已經被應用於(yu) 航空航天等領域。然而受限於(yu) 製造方式，具有複雜結構的零部件依然無法通過該方式獲得，這也成為(wei) 約束CCF/PEEK複合材料應用的一個(ge) 至關(guan) 重要的難題。現在可以通過3D打印的方式，將以前有合適的材料，沒有合適的技術的遺憾彌補。通過3D打印解決(jue) 了這一難題。

傳(chuan) 統複合材料行業(ye) 中的許多人質疑，3D打印的連續纖維複合材料具有如此低的纖維含量和如此高的打印層之間的分層可能性，如何與(yu) 傳(chuan) 統複合材料競爭(zheng) 。Logtenberg對此表示讚同。“當然，z方向強度是3D打印複合材料最具挑戰性的因素之一。我們(men) 目前沒有與(yu) 傳(chuan) 統複合材料競爭(zheng) 。我們(men) 相信，未來我們(men) 將能夠與(yu) 傳(chuan) 統複合材料競爭(zheng) ，因為(wei) 我們(men) 的生產(chan) 完全自動化，但我們(men) 還有很長的路要走。目前，它是當前製造方法的補充，提供了靈活性和開放式設計以及生產(chan) 可能性。”

材料：3D打印金屬基複合材料-含碳纖維的液態金屬

一項發表在《機械工程學報》的研究記錄了一個(ge) 研究小組為(wei) 結合金屬和增強纖維的不同性能而采用的3D打印MMC的方法。

來自陝西省快速製造技術工程研究中心的研究人員將錫鉛與(yu) 碳纖維結合起來，一方麵探索利用鉛的輻射屏蔽性能，另一方麵利用碳纖維強度的可能性。同時，這項研究試圖展示鉛的3D打印能力，以前由於(yu) 鉛的潤濕性（液態時無法粘在固體(ti) 表麵）而很難實現。

FTP 流程概述。圖片由《機械工程學報》提供。

為(wei) 了實現這一目標，研究團隊依靠具有更好潤濕性的液態錫鉛。通過一種被稱為(wei) 纖維牽引打印（FTP）的工藝，將電鍍有鎳和銅的碳送入擠出機，再將其浸入熔融的錫鉛，並使用類似於(yu) Markforged，Anisoprint現有複合3D打印機的材料擠壓工藝進行打印。

研究人員對這項技術進行了多次觀察。例如，由於(yu) 液態金屬的表麵張力，研究人員無法從(cong) 理論上計算出如何實現形態均勻性。但是，該團隊能夠確定打印速度和沉積均勻性之間的實際關(guan) 係。盡管電鍍程度更高的碳纖維沒有顯示出可觀察到的缺陷，但在液態金屬和纖維之間的潤濕性也較低，且鍍層較厚。

研究表明，通過將液態金屬與(yu) 碳纖維結合，不僅(jin) 可以將液態金屬模製成所需的形狀，而且還可以改善低熔點合金（如錫鉛）的機械性能。當使用帶有3微米電鍍層的碳纖維時，錫鉛材料的抗拉強度從(cong) 33.3MPa增加到235.2MPa。隨著電鍍層厚度的增加，纖維體(ti) 積也增大。

3D打印鉛的功能可能會(hui) 導致需要輻射屏蔽的獨特部件，如航天器。該團隊認為(wei) ，FTP流程可以擴展到其他MMC，如碳纖維鋁和碳纖維鎂。

由於(yu) 金屬基複合材料幾乎總是比它們(men) 要替代的傳(chuan) 統材料更貴，因此通常隻用於(yu) 高端應用，如高性能刀具（碳化鎢）、跑車（碳纖維和碳化矽、碳化硼鋁）、電子產(chan) 品（銅銀和鑽石，鋁石墨），和航空航天（碳化矽纖維和鈦）。同樣，由於(yu) 規模的問題，增材製造也經常保留給高端的短期應用程序。反過來，隨著打印MMC能力的提高，預計這兩(liang) 個(ge) 領域可能會(hui) 有更大的重疊。

到目前為(wei) 止，許多機構都在進行打印MMC的研究，包括加利福尼亞(ya) 州立大學，該校的一個(ge) 團隊正在用陶瓷3D打印鈦合金。AGH大學，將Inconel625和碳化鎢結合在一起；迪肯大學（DeakinUniversity），將氮化硼和鈦混合在一起。

技術：無需後固化，經濟高效3D打印碳纖維複合材料

纖維增強聚合物複合材料具有許多有用的性能，但其最大的缺點是其製造複雜且成本昂貴。來自特拉華大學的工程師團隊開發出一種3D打印技術，可對連續碳纖維和熱固性聚合物，以低成本、靈活的方式來打印製造纖維增強聚合物複合材料製品。

特拉華大學研究人員設計的新 3D 打印方法示意圖：加熱器接觸碳纖維並沿碳纖維移動 以產(chan) 生動態溫度梯度，從(cong) 而觸發分配的液體(ti) 聚合物注入並固化碳纖維結構。

研究人員表示：“這可以說是首次業(ye) 界實現了連續碳纖維和熱固性複合材料的3D打印。”據介紹，該團隊研發了一種名為(wei) 局部平麵內(nei) 熱輔助（ocalizedin-planethermalassisted，簡稱LITA）的3D打印方法。它允許用戶控製液體(ti) 聚合物固化成指定形狀所需的厚度和固化程度。

在LITA3D打印中，研究人員小心地控製碳纖維的溫度，幫助液態聚合物流入碳纖維之間的通道。然後，聚合物固化成三維結構。LITA3D打印不需要後固化，與(yu) 傳(chuan) 統的需要數十小時後固化的複合材料相比，可以節省大量的能源。

該團隊開發了一個(ge) 機器人係統，包括一個(ge) 獨特的打印頭和自動機械手臂。這台定製的3D打印機允許小組打印各種形狀和結構。LITA3D打印可以為(wei) 許多行業(ye) 提供一種快速、節能的方法，使用各種聚合物和纖維的組合來製造各種形狀的複合組件。

產(chan) 品：3D打印一體(ti) 式碳纖維電動自行車

總部位於(yu) 矽穀的自行車品牌Superstrata日前推出了其旗艦產(chan) 品，這是全球首款采用抗衝(chong) 擊一體(ti) 式碳纖維車架的3D打印電動自行車。

Superstata標榜的是一個(ge) 真正的一體(ti) 式結構，由連續的碳纖維-熱塑複合材料一次性3D打印而成。其他碳纖維自行車的車架是用幾十個(ge) 單獨的零件用膠水和螺栓連接在一起，並由上一代熱固性複合材料製造而成，而Superstrata的車架沒有接縫，也沒有使用膠水，可以實現無縫結構。它還采用了下一代熱塑性材料，使其具有極高的抗衝(chong) 擊性，但重量卻非常輕。

Superstata采用先進的3D打印工藝，可實現前所未有的定製化。車架可以根據騎手的身高、重量、臂長和腿長、乘坐位置，甚至是偏好的硬度水平進行定製。Superstata擁有超過50萬(wan) 種可能的組合，是有史以來最通用的碳纖維自行車。

“這款自行車的設計是為(wei) 了充分利用這項新製造技術的所有優(you) 點，以達到強度和輕便性的最佳效果。”獲獎自行車設計師、Superstata背後的創意力量BillStephens說。