当讨论 3D 打印耗材的时候，我们通常从打印性能和力学性能两方面来评估性能。前者决定了材料本身是否适合用于 3D 打印，影响的是打印件的外观呈现和尺寸精度；后者很大程度上决定了材料是否符合应用场景的需求。

打印普通的外观件时并不需要仔细考虑材料力学性能，但当有使用场景需求，如无人机零件、赛车零件、机械零件等，就要考量力学性能，包括刚度（抵抗变形的能力）/强度（抵抗破坏的能力）/韧性（抵抗冲击断裂的能力）/耐热（高温不变形的能力）等。力学性能越强，意味着产品越能满足广泛严苛的应用场景。这些具备优异力学性能的耗材，即为高性能耗材。

拓竹 X1 系列的定位之一，就是给高性能耗材提供涵盖设备、耗材、打印参数等多维度的解决方案，使玩家沉浸式享受打印高性能耗材。研制性能优异且价格适宜、打印省心的高性能耗材，也是我们最重要的使命之一。

# 什么是碳纤维

使用纤维增强 3D 打印基材是研制高性能耗材的最常见方式之一。如果把基材比作混凝土，纤维就像钢筋，二者混合就像混凝土中加入钢筋。如只有混凝土，浇筑物在外力作用下很容易裂开，但一旦将高强度的钢筋加入其中，且混凝土将其充分包裹，它们将变成一个整体。当物体受到外力作用的时候，钢筋可以承受大部分外力，使得这个整体的结构强度非常高。

常见的增强纤维中，碳纤维举足轻重，此外常见的还有玻璃纤维和凯夫拉纤维等。碳纤维具有高硬度、高强度、重量小、高耐化学性、耐高温等优秀的特性，使其在航空航天、军事、赛车、竞技体育运动等产品中很受欢迎。但复杂的生产工艺和高昂的成本制约了其大批量使用。

# 3D打印中的碳纤维耗材

不同基材中混入碳纤维后，性能的提升是完全不同的，这些差异跟基材本身有直接关系，也是区分高性能碳纤维材料和入门级碳纤维材料的依据，后文将进行详细的介绍。
当然，碳纤维的加入也会带来缺点。第一，对打印设备的要求。高性能碳纤维材料往往需要使用密闭腔体，以确保更高且更均匀的腔温；需要支持更高打印温度的热端；要求热端材质为硬化钢、碳化钨、红宝石等超级耐磨损的材料。此外，高性能碳纤维材料一般刚度会更大，也就是线材更难被弯曲，所以在打印过程中更容易磨损打印通道。第二，打印体验。由于耗材中保留有一定的长度的碳纤维（约 0.05-0.2mm），它们在耗材的打印温度下无法熔化，打印过程中也相对更容易堵头。我们的机器目前已经满足了使用碳纤维基本的需求：X1-Carbon 拥有全封闭的机箱、硬化钢喷嘴、高达 300°C 的喷嘴温度和 110°C 的热床温度等。对于打印体验，我们一方面对耗材配方进行了独家优化，并使用更好的工艺处理碳纤维，以降低碳纤维耗材在打印过程中的堵头概率。另一方面，我们也对其打印参数做了匹配和优化。当然，在实际使用中，我们也推荐使用更低的打印速度、更大的打印喷嘴尺寸等。

# 高性能碳纤维耗材

-- PA-CF --

尼龙（PA）是有着优良的综合力学性能的常见工程材塑料。PA-CF 即是以尼龙为基材的碳纤维材料，是目前最常见的 3D 打印高性能耗材之一。但 PA 有吸水率高的特点，而 3D 打印工艺恰恰对水分非常敏感。吸水后的 PA 在打印过程中很容易产生拉丝、漏料，严重时会导致堵头；其打印件在吸水后，强度和刚度也会相应降低，但韧性会有所提升。PA 类型很多，性能差异很大。3D 打印中使用比较多的有 PA6、PA12 和一些特种尼龙。PA6 具有较强的力学性能，但吸水率远高于 PA12（PA6 为3%，而 PA12 为 0.3%），但 PA12 的力学性能又远不及 PA6。二者成本差异也很大。故研制一个优异的 PA-CF 配方，需要从力学性能、吸水率、成本等多维度进行综合平衡。最终，拓竹推出了一款低吸水率且兼顾力学性能的 Bambu PAHT-CF，特殊的配方使其具有更低的吸水率和更高的耐热温度。设计它时也优化了刚度，使其能用于 AMS，让配合支撑材料打印尼龙碳纤耗材也变为可能。Bambu PAHT-CF 综合性能优异，可应用于工业治具、夹具、汽车零部件、无人机零部件等。

-- PET-CF --

拓竹还推出了 Bambu PET-CF，一款更高刚度的碳纤维材料，以满足用户在部分工况下对制品更高的刚度要求。PET 目前被广泛应用于塑料瓶、汽车零件等领域，具有较高机械性能、耐温、耐化学等特点，其在加入碳纤维后可以显著提升力学性能，尤其是刚度，且相对 PA 来说有着超低的吸水率（约为 0.3%），使得其打印件受潮后机械性能几乎不变，可在潮湿环境中工作。但 PET-CF 的线材比较脆、层间粘接强度差。我们也对配方进行了调整，使 Bambu PET-CF 的 Z 向冲击强度达到 4.5 kJ/m² 左右，而其他品牌 PET-CF 的此项参数一般为 2-3 kJ/m² 左右。即便如此，层间粘接依然是这款材料最大的短板。通过合理的打印工艺和使用工况可以扬长避短，如在使用 PET-CF 结构件时，要尽可能避免受力方向沿着层间粘接的方向，避免受到过多的冲击撞击。Bambu PET-CF 的使用场景与 PAHT-CF 类似，但PET-CF 更适合用于尺寸稳定性要求高的结构件，以及长期与水接触的打印件。

# 入门级碳纤维耗材

碳纤维的加入对 PLA 和 PETG 这两种基材的性能提升不算很高，相比于普通的 PLA 和 PETG，Bambu PLA-CF 和 Bambu PETG-CF 是强度和模量稍好的易打印美学材料，且都适用于 AMS。

-- PLA-CF --

Bambu PLA-CF 是一款具有哑光碳纤维纹理的耗材，提升了打印件外观，且拥有媲美 PLA 的打印性能。我们为优化打印体验降低了碳纤维含量，以确保其在更高的打印速度下没有堵头的风险。虽然碳纤维含量较低，但它的刚度相比于普通 PLA 依然提升了 30% 以上。且碳纤维的存在抑制了打印过程中的收缩变形，从而提升了产品尺寸精度。但碳纤维会影响 PLA-CF 的层间粘接强度，从另外一个角度来看，使用这种材料打印的支撑也会更容易拆除。因此，Bambu PLA-CF 主要适用于打印生活中的小工具、产品功能原型、需要刚度的结构件等。它的性能跟普通PLA对比如下：

-- PETG-CF --

Bambu PETG-CF，具有亮光碳纤维纹理。与 PLA-CF 相比，它的刚度没有那么高，但有更好的韧性，同时层间粘接强度也会更好，在某些特殊情形下，打印体验也会比 PLA-CF 更好一些。此外，PETG-CF 具有更优异的耐水性、耐紫外线性、耐候性，在户外使用时不会像 PLA-CF 一样很快发生老化、降解。所以，如需更好的韧性和层间强度时，可以优先考虑 Bambu PETG-CF；如果需要更高的刚度，则可以选择 Bambu PLA-CF。

此外，为了让碳纤耗材摆脱乏味的黑色，我们也针对 PLA-CF 和 PETG-CF 研制了更多的颜色。目前 PLA-CF 有 5 种颜色在售，PETG-CF 的首款新色紫罗兰色也已于2023/05/19上线。

后续拓竹还会有更多的碳纤维材料以及其他纤维增强材料，以尽可能地满足大家对于高性能材料的各种需求。我们希望通过设备、切片软件、材料、Wiki 指引等多方面的努力，提供更加优质的碳纤维材料 3D 打印体验，可以让更多人以更低的门槛体验到碳纤维给 3D 打印带来的不同之处。敬请期待吧~

*更多的详细参数请参考耗材的 TDS（技术参数表）和 MSDS（化学品安全技术说明书）文档。