塑膠也有金屬級的強度！碳纖維3D列印完整懶人包

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2025/01/03 塑膠也有金屬級的強度！碳纖維3D列印完整懶人包

過去，碳纖維3D列印曾是專業領域的專利；如今，這項技術已走進更多人的工作室與創意空間。碳纖維不僅提供驚人的強度與剛性，更擁有輕量化、耐熱、耐化學腐蝕等特性，成為航空、汽車、工業設計與消費產品的明星材料。

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什麼是碳纖維3D列印？
碳纖維3D列印是使用嵌入聚合物(如尼龍、PEEK或PETG)的短切或連續碳纖維材料進行列印的技術，這種複合材料不僅保有聚合物的靈活性，更因加入碳纖維而擁有金屬級的強度。

這款消費級3D列印機Creality K1，配備了硬化鋼噴頭，可處理碳纖維填充線材，例如PLA-CF和PETG-CF

主要技術：
1. FDM(熱融堆疊)：適用於碳纖維線材，做到快速模型製作與功能性零件。
2. SLS(選擇性雷射燒結)：專為高精度與複雜結構而設計，常用於製作表面光滑且耐熱的零件。

Raise3D E2CF桌上型3D列印機，專為碳纖維注入線材而設計

為什麼選擇碳纖維？
1. 高性能：具優秀的抗拉強度、剛性與尺寸穩定性。
2. 輕量化：與金屬相比，減輕重量的同時，性能不打折。
3. 耐久性：抗熱、耐油脂、耐化學性，適用於嚴苛環境。

無論是汽車結構件、飛機零件，還是高效能的運動裝備，碳纖維都能滿足需求，成為工業應用的最佳解決方案。

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Sinterit Nils 480是一台SLS 3D列印機，以碳纖維尼龍製造零件

碳纖維3D列印的兩大主流技術
一、碳纖維FDM列印
FDM是製作碳纖維零件最常見的方式，透過硬化鋼噴頭進行列印，將短切碳纖維顆粒融入基礎聚合物，快速製造高強度與高剛性零件。

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堅固、實用的夾具，可透過3D列印代替機械加工

應用場景：
1. 工業夾具與夾治具：增強耐用性，提升工廠效率。
2. 家庭工具與裝置：如自行車支架、吸塵器配件等，實用與美觀兼具。

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2024年3月，3D列印巨頭Stratasys收購了新創公司Arevo的智慧財產權和專利，但後者未能將用於自行車車架的連續碳纖維3D列印技術完全商業化

二、碳纖維SLS列印
SLS使用高功率雷射來融合碳纖維粉末與聚合物，適合製作高精度、耐高溫的零件，尤其在設計複雜結構時更顯優勢。

碳纖維填充尼龍線材

碳纖維SLS列印的優勢特點：
1. 光滑的表面處理
2. 設計自由度更高
3. 適合高端消費品與功能性模型製作

2023年，Xenia推出了顆粒狀碳纖維複合聚合物新系列

如何選擇碳纖維材料？
購買碳纖維線材時，請注意以下關鍵因素：
1. 基礎聚合物：如尼龍、PETG或PEEK。
2. 碳纖維含量：通常含量愈高，增強效果愈顯著(最常見為20%)。

比較案例
以Ultrafuse PETG與Ultimaker CF-PETG為例，CF-PETG的拉伸強度與剛性明顯提升，但價格較高。因此根據應用需求來平衡性能與成本，是選擇材料的關鍵。

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用於SLS 3D列印的尼龍粉末與碳纖維融合

碳纖維有害且有毒嗎？
除了3D列印中的熔融塑膠或熱機器零件造成的熱燒傷等典型危險之外，使用碳纖維作為3D列印材料還存在特定材料的風險，因為碳纖維增強SLS粉末若是處理不當，會造成空氣中瀰漫微小的碳纖維，有可能刺激肺部和導致呼吸問題，所以充足的工作空間通風，以及個人防護裝備(包括手套和口罩)是絕對必要的。

雖然在注入連續碳纖維的情況下，這種風險會被降低，但熔融材料產生的煙霧和煙氣仍是健康隱患。由於碳纖維通常與石油基塑膠(如尼龍PA12、ABS或PETG)結合使用，因此建議對這些材料採取健康預防措施，並充分通風、使用防護裝備，避免吸入氣溶膠和揮發性有機化合物。

左圖為Protopasta回收的碳纖維PLA線材，右圖為Filamentive

碳纖維3D列印的未來趨勢
隨著3D列印技術的普及與碳纖維材料的創新，這項技術已不再局限於專業應用。從工業製造到個人創作，碳纖維3D列印的用途變得愈來愈廣泛。

無論你是工程師、設計師，還是業餘玩家，掌握碳纖維3D列印技術，一定能夠為你的創新之路提供更多的可能性！

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