據(jù)海外市場分析機構(gòu)所發(fā)布的《增材制造復合材料2020-2030》報告顯示，到2030年，整個復合材料增材制造市場（材料、硬件、服務和應用）將從2020年的4.8億美元增長到超過106億美元。

該機構(gòu)對50多家涉足該領域的公司進行了調(diào)查，并收集了該領域所有主要公司的銷售和業(yè)務活動信息，主要研究了增材制造在復合材料市場中的滲透以及硬件技術和材料科學的發(fā)展，最終評估了與增材制造在原型、工具和終端用途零件生產(chǎn)中的應用。

該報告發(fā)現(xiàn)，復合材料銷售將占總收入機會的很大一部分。這與其他增材制造材料部門（例如金屬、高級陶瓷甚至聚合物）有很大的出入，在最終產(chǎn)品中，最終零件的價值可能比所用材料的成本高十倍以上。在復合材料中，隨著市場向零件的批量生產(chǎn)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(fā)展，為確?？尚械男屎屠锍趟蕉枰闹亓颗c強度之比，將需要更多地采用金屬復合材料替換。復合材料FRP的優(yōu)越性能還將要求比未填充的聚合物更多地使用，因為更高的硬件吞吐能力可降低材料價格。因此所有這些要素都有助于推動該細分市場的顯著整體增長。

在這種趨勢下，應用于復合材料領域3D打印的新材料、新技術不斷被開發(fā)出來。

應用：波音公司將3D打印復合材料納入供應鏈

高性能的復合材料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于制造飛機零部件的3D打印復合材料納入到了供應鏈中，該材料具有顯著的輕量化優(yōu)勢。

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

這是一款聚醚酮酮和碳纖維復合材料，Hexcel開發(fā)了專有的材料配方，打印工藝為選區(qū)激光燒結(jié)（SLS），將被用于制造最終使用的飛機零部件，例如優(yōu)化設計的支架、復雜管道，以及替代部分鑄造件。

這種復合材料比鋁輕50％，是一種可替代金屬的輕量化工程級材料，該材料具有優(yōu)異的溫度耐受性和耐化學性，并具有良好的機械性能，能夠滿足飛機內(nèi)部煙霧和毒性要求（ULVO，OHS）。與傳統(tǒng)的鋁加工或復合材料加工相比，Hexcel將通過3D打印技術與HexPEKK材料提供高效的連續(xù)零件生產(chǎn)，有助于縮短交付周期，降低復雜部件的生產(chǎn)成本。

PEEK（聚醚醚酮）作為一種高熔點半晶態(tài)工程塑料，因其良好的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性能，以及優(yōu)異的力學性能和生物兼容性而受到航空、航天、汽車工業(yè)以及醫(yī)療等各個應用領域的關注和研究。

連續(xù)碳纖維增強PEEK（CCF/PEEK）復合材料通過傳統(tǒng)的熱壓技術而制成的高性能制件在20世紀已經(jīng)被應用于航空航天等領域。然而受限于制造方式，具有復雜結(jié)構(gòu)的零部件依然無法通過該方式獲得，這也成為約束CCF/PEEK復合材料應用的一個至關重要的難題。現(xiàn)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打印解決了這一難題。

傳統(tǒng)復合材料行業(yè)中的許多人質(zhì)疑，3D打印的連續(xù)纖維復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，如何與傳統(tǒng)復合材料競爭。Logtenberg對此表示贊同?！爱斎?，z方向強度是3D打印復合材料最具挑戰(zhàn)性的因素之一。我們目前沒有與傳統(tǒng)復合材料競爭。我們相信，未來我們將能夠與傳統(tǒng)復合材料競爭，因為我們的生產(chǎn)完全自動化，但我們還有很長的路要走。目前，它是當前制造方法的補充，提供了靈活性和開放式設計以及生產(chǎn)可能性。”

材料：3D打印金屬基復合材料-含碳纖維的液態(tài)金屬

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

來自陜西省快速制造技術工程研究中心的研究人員將錫鉛與碳纖維結(jié)合起來，一方面探索利用鉛的輻射屏蔽性能，另一方面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，以前由于鉛的潤濕性（液態(tài)時無法粘在固體表面）而很難實現(xiàn)。

FTP 流程概述。圖片由《機械工程學報》提供。

為了實現(xiàn)這一目標，研究團隊依靠具有更好潤濕性的液態(tài)錫鉛。通過一種被稱為纖維牽引打印（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，并使用類似于Markforged，Anisoprint現(xiàn)有復合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，由于液態(tài)金屬的表面張力，研究人員無法從理論上計算出如何實現(xiàn)形態(tài)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系。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(tài)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(tài)金屬與碳纖維結(jié)合，不僅可以將液態(tài)金屬模制成所需的形狀，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33.3MPa增加到235.2MPa。隨著電鍍層厚度的增加，纖維體積也增大。

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

由于金屬基復合材料幾乎總是比它們要替代的傳統(tǒng)材料更貴，因此通常只用于高端應用，如高性能刀具（碳化鎢）、跑車（碳纖維和碳化硅、碳化硼鋁）、電子產(chǎn)品（銅銀和鉆石，鋁石墨），和航空航天（碳化硅纖維和鈦）。同樣，由于規(guī)模的問題，增材制造也經(jīng)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，預計這兩個領域可能會有更大的重疊。

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

技術：無需后固化，經(jīng)濟高效3D打印碳纖維復合材料

纖維增強聚合物復合材料具有許多有用的性能，但其最大的缺點是其制造復雜且成本昂貴。來自特拉華大學的工程師團隊開發(fā)出一種3D打印技術，可對連續(xù)碳纖維和熱固性聚合物，以低成本、靈活的方式來打印制造纖維增強聚合物復合材料制品。

特拉華大學研究人員設計的新 3D 打印方法示意圖：加熱器接觸碳纖維并沿碳纖維移動 以產(chǎn)生動態(tài)溫度梯度，從而觸發(fā)分配的液體聚合物注入并固化碳纖維結(jié)構(gòu)。

研究人員表示：“這可以說是首次業(yè)界實現(xiàn)了連續(xù)碳纖維和熱固性復合材料的3D打印?！睋?jù)介紹，該團隊研發(fā)了一種名為局部平面內(nèi)熱輔助（ocalizedin-planethermalassisted，簡稱LITA）的3D打印方法。它允許用戶控制液體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，研究人員小心地控制碳纖維的溫度，幫助液態(tài)聚合物流入碳纖維之間的通道。然后，聚合物固化成三維結(jié)構(gòu)。LITA3D打印不需要后固化，與傳統(tǒng)的需要數(shù)十小時后固化的復合材料相比，可以節(jié)省大量的能源。

該團隊開發(fā)了一個機器人系統(tǒng)，包括一個獨特的打印頭和自動機械手臂。這臺定制的3D打印機允許小組打印各種形狀和結(jié)構(gòu)。LITA3D打印可以為許多行業(yè)提供一種快速、節(jié)能的方法，使用各種聚合物和纖維的組合來制造各種形狀的復合組件。

產(chǎn)品：3D打印一體式碳纖維電動自行車

總部位于硅谷的自行車品牌Superstrata日前推出了其旗艦產(chǎn)品，這是全球首款采用抗沖擊一體式碳纖維車架的3D打印電動自行車。

Superstata標榜的是一個真正的一體式結(jié)構(gòu)，由連續(xù)的碳纖維-熱塑復合材料一次性3D打印而成。其他碳纖維自行車的車架是用幾十個單獨的零件用膠水和螺栓連接在一起，并由上一代熱固性復合材料制造而成，而Superstrata的車架沒有接縫，也沒有使用膠水，可以實現(xiàn)無縫結(jié)構(gòu)。它還采用了下一代熱塑性材料，使其具有極高的抗沖擊性，但重量卻非常輕。

Superstata采用先進的3D打印工藝，可實現(xiàn)前所未有的定制化。車架可以根據(jù)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制。Superstata擁有超過50萬種可能的組合，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了充分利用這項新制造技術的所有優(yōu)點，以達到強度和輕便性的最佳效果?！鲍@獎自行車設計師、Superstata背后的創(chuàng)意力量BillStephens說。