美国科罗拉多州大学开发无支撑碳纤维3D打印新技术

该技术依赖于一种专门开发的热固性树脂，和一种称为正面聚合的独特固化工艺，即打印过程中，可实现材料在挤出时固化。采用这种方法，获得的部件在没有任何外部紫外线或红外线辐射的情况下，几乎被立即打印出来。重要的是它们具有刚性，能够在没有支撑的情况下依然保持原始的几何形状。这种新方法，使得3D打印复合结构具有零孔隙率的特点，并且碳纤维增强材料具有高度定向性，具有出色的机械性能。

正面聚合3D打印方法，可以产生自由形式和支撑结构

对于那些需要使用3D打印复合材料部件的人来说，这是一个好消息。它既可以加工短切纤维材料，也可以加工长连续纤维材料。

虽然复合长丝是最容易获得和最容易使用的，但由于使用温度低、层间力学性能差、孔隙率高和纤维体积相对较低，由此生产的部件在应用于高性能结构时存在缺陷。

研发团队表示，他们在纤维填充的热固性复合树脂中找到了解决方案。这些低粘度、热敏性材料，可以直接挤出，通常比FFF长丝材料具有更好的热机械性能。

在本研究中，该团队开发了基于DCPD（双环戊二烯）的热固性树脂，填充了短碳纤维，树脂会在局部受热条件下开始 固化。首先加热打印床，然后，启动一个自诱导放热反应，从而启动打印路径，就像一根炸药棒上点燃的保险丝一样，最终实现树脂在沉积过程中原位固化。

自我维持的放热反应，沿打印部件向上传播，沿途用热量固化材料

换一种解释来说，就是通过将打印速度与前端速度（放热反应的传播速度）精确匹配，可实现完全无支撑的自由形状结构，并立即固化。除了大大提高机械性能外，还发现添加碳纤维可以增强复合树脂的流变行为和导热性。该团队认为，他们的正面聚合3D打印技术，最终可以应用于各种增强纤维类型，甚至颗粒添加剂等。