以下文章來源於碳纖維及其復合材料技術 ，作者錢鑫博士
增材製造為碳纖維增強聚合物（carbon fiber-reinforced polymers ，CFRP）的發展帶來了新的革命性潛力。CFRP的增材製造結合了增材製造的優勢，如可定製、損耗最小、低成本、快速成型和碳纖維高比強度的快速製造。
本系列谷.專欄文章,將對短碳纖維和連續碳纖維增強復合材料的增材製造進行了全面綜述，詳細介紹不同類型的增材製造技術，概述了商業上可用於製造短纖維及連續CFRP的方法，而且涉及CFRP增材製造在生物醫學、電子和航空航天領域等領域的潛在應用。
3D科學谷
碳纖維增強聚合物（CFRP）的增材製造具有輕質、高強、定製化設計和快速成型等優勢。由於這些顯著的優勢，CFRP的增材製造在生物醫學、航空航天和電子領域有著廣闊的發展前景，因為在這些領域，定製對客戶滿意度至關重要。
根據增強類型，CFRP增材製造材料可以分為短碳纖維增強聚合物和連續碳纖維增強聚合物（連續CFRP）。目前用於CFRP的常見增材製造技術主要包括熔融沉積建模（fused deposition modeling，FDM）、立體光刻（stereolithography，SLA）、選擇性雷射燒結（selective laser sintering，SLS）和層壓物體製造（laminated object manufacturing，LOM）。在上述技術中，熔融沉積建模FDM是研究最多且應用最多的技術。FDM具有優異的機械性能以及成本和時間優勢，在復合材料加工中顯示出較好的應用前景。
立體光刻SLA是最原始的方法之一，其在醫學上已經實現了應用，例如脊柱植入物、膝關節植入物，以及用於侵入性手術的雙極組件。由於具有較高的彎曲強度和剛度，用於CFRP的SLS在踝足矯形器設計中顯示出了優異的效果。此外，層壓物體製造LOM在連續CFRP的增材製造方面也顯示出了巨大的潛力。
除了這些增材製造技術，許多研究人員提出了混合增材製造技術。比如，場輔助混合增材生產技術是將主要的增材製造工藝與外部刺激（即電場、磁場和聲場）相結合。場輔助混合增材製造能夠在特定方向上微調增強材料，同時提高了機械強度和多功能性。由這些混合技術製成的智能復合材料在生物醫學、軟機器人和自主系統中有許多應用。有關CFRP增材製造的每種技術細節將在後續系列文章中進行詳細介紹。
用作CFRP基體的材料主要有熱塑性聚合物和熱固性聚合物兩大類。熱塑性聚合物可以熔融並重塑成不同的幾何形狀，而熱固性聚合物從液態到固化狀態的不可逆固化過程需要熱量或催化劑。最常見的熱塑性基質是聚乳酸（PLA）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、聚碳酸酯（PC）、聚丙烯（PP）、聚醯胺（PA）、聚苯乙烯（PS）、聚苯碸（PPSU）、聚醚醚酮（PEEK），聚芳醚酮（PAEK）和聚醚醯亞胺（PEI）。熱塑性基體材料通常應用於FDM技術。目前，只有少數熱固性樹脂用於CFRP的增材製造，這些樹脂包括光固化樹脂、丙烯酸基樹脂和氰酸酯醚。
利用增材製造形式，將聚合物基體與碳纖維相結合，可以提高材料的機械強度和剛度，增加熱導率，減少熱膨脹，並減少翹曲。一些高強度聚合物材料的特殊組合，如將PEEK與短纖維和連續纖維相結合，可使增材製造工藝生產出用於航空航天應用結構支撐的輕質復合材料，也可用於生物醫學行業的器官和組織修復。
與單一聚合物和其他非連續填料增強復合材料相比，短碳纖維增材製造材料具有更好的機械性能，但不如連續CFRP增材製造材料。除了上述眾多優勢以外，零件尺寸、低剛度、低強度使該技術僅限於原型生產和低強度零件的加工。
通過增材製造得到復合材料與傳統製造方法製造的復合材料在機械性能上仍然存在相當大的差距，因此，研究人員正在探索CFRP增材製造的新方法，以實現與傳統製造方法相當的機械性能。因此，用於承載和功能部件的CFRP增材製造技術仍處於研究階段。截止目前，市場上有關連續CFRP增材製造裝置商業化報道仍然有限。
總體而言，目前有關CFRP增材製造綜合評述的文章較少，而本系列文章將會對短纖維和連續CFPR的增材製造進行詳細的闡述，旨在提供一項全面的研究，包括CFRP增材製造的技術現狀、材料配方、分析技術和機械性能。此外，後續文章也會直面該領域技術研究和商業化存在的主要問題以及所面臨的挑戰，這些缺點和挑戰阻礙了其在工業規模上廣泛使用。