硅谷先進(jìn)材料和電池技術(shù)公司Lyten推出了PA1205碳纖維長(zhǎng)絲，使得碳纖維填充尼龍的強(qiáng)度大大提升。Lyten專(zhuān)注于將專(zhuān)有的三維碳材料商業(yè)化。

上周在高性能賽車(chē)產(chǎn)業(yè)（PRI）展上，Lyten公司推出了一種3D打印耗材，該公司表示該耗材可以重塑賽車(chē)運(yùn)動(dòng)、航空航天和國(guó)防領(lǐng)域的高性能制造。

Lyten PA1205的獨(dú)特之處在于其專(zhuān)有的Lyten 3D石墨烯“超級(jí)材料”。與依賴(lài)短切碳纖維增強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)工程長(zhǎng)絲不同，PA1205采用的碳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其能夠在更小的尺度上運(yùn)行，更接近聚合物分子本身。

據(jù)萊頓稱(chēng)，這種材料在強(qiáng)度和抗沖擊性方面有了顯著提高，同時(shí)解決了熔融絲制造工藝長(zhǎng)期存在的一個(gè)弱點(diǎn)：層間粘合性差。

超越碳纖維尼龍

Lyten公司表示，其新型PA1205碳纖維長(zhǎng)絲采用Lyten 3D石墨烯進(jìn)行增強(qiáng)（來(lái)源：Lyten）。

目前市面上大多數(shù)高性能尼龍長(zhǎng)絲都采用短切碳纖維進(jìn)行增強(qiáng)。雖然這些纖維能有效提高剛度，但它們的作用就像嵌入塑料中的微小剛性棒。它們主要沿纖維方向增強(qiáng)部件，雖然通常能提高面內(nèi)強(qiáng)度，但卻使打印部件在Z軸方向上變得脆弱。這種權(quán)衡對(duì)于許多工程師來(lái)說(shuō)并不陌生：剛度更高的部件也更脆，更容易在層間發(fā)生斷裂。

Lyten的方法截然不同。它沒(méi)有添加纖維，而是使用了石墨烯——一種由單層原子以二維蜂窩狀晶格排列而成的碳材料。石墨烯的厚度僅為一個(gè)原子，是石墨和碳納米管等其他碳材料的基本組成單元。在纖維中，這種材料形成納米級(jí)的三維碳網(wǎng)絡(luò)，分散在尼龍纖維中。這種相互連接的碳結(jié)構(gòu)并非像孤立的增強(qiáng)材料那樣發(fā)揮作用，而是像一張精細(xì)的網(wǎng)一樣編織在聚合物中。

根據(jù)該公司公布的技術(shù)數(shù)據(jù)，其實(shí)際意義在于所有打印方向上的增強(qiáng)效果更加均勻。Lyten公司報(bào)告稱(chēng)，與典型的碳纖維填充PA12長(zhǎng)絲相比，PA1205在X軸和Y軸方向上的拉伸強(qiáng)度顯著提高，在Z軸方向上（FDM部件通常強(qiáng)度最低的軸）的強(qiáng)度也有顯著提升，并且抗沖擊性也大幅提高。

材料工程師常用的一個(gè)比喻也適用于此：碳纖維尼龍就像在混凝土里添加短木棍，而萊頓的碳網(wǎng)絡(luò)則像一個(gè)連續(xù)的增強(qiáng)晶格，與所有材料都緊密接觸。萊頓表示，通過(guò)在分子尺度上而非使用離散纖維來(lái)增強(qiáng)材料，可以同時(shí)提高強(qiáng)度和韌性，而不是在兩者之間做出取舍。

專(zhuān)為極端環(huán)境設(shè)計(jì)

Lyten將PA1205定位為對(duì)重量、耐熱性和機(jī)械可靠性要求極高的應(yīng)用材料。該長(zhǎng)絲的公開(kāi)規(guī)格表明，其熱變形溫度高達(dá)約162°C（例如，Markforged Onyx的熱變形溫度為145°C），密度約為1.08 g/cm3（Markforged Onyx的密度為1.2 g/cm3），使其完全屬于輕質(zhì)高溫工程塑料的范疇。

值得注意的是，該公司表示，這種耗材無(wú)需專(zhuān)用硬件即可在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)級(jí)FDM打印機(jī)上運(yùn)行。如果這一說(shuō)法得到證實(shí)，將降低賽車(chē)隊(duì)和已在使用增材制造工藝的制造商采用該耗材的門(mén)檻。這種新材料的價(jià)格為150美元/公斤。

Lyten首席執(zhí)行官Dan Cook在展會(huì)上發(fā)表聲明稱(chēng)：“通過(guò)利用我們的3D石墨烯超級(jí)材料，我們的PA1205實(shí)際上提高了強(qiáng)度的每一個(gè)指標(biāo)，同時(shí)又不影響可制造性。”

從賽車(chē)運(yùn)動(dòng)到航空航天

Lyten Motorsports目前正在為IndyCar Experience和其他賽車(chē)系列賽提供3D打印部件（來(lái)源：Lyten）。

雖然賽車(chē)運(yùn)動(dòng)是這種新型耗材最直觀的試驗(yàn)場(chǎng)，但Lyten公司對(duì)其更廣泛的目標(biāo)有著清晰的認(rèn)識(shí)。該公司正瞄準(zhǔn)航空航天和國(guó)防市場(chǎng)，在這些市場(chǎng)中，增材制造技術(shù)越來(lái)越多地用于制造輕量化結(jié)構(gòu)件、模具和小批量生產(chǎn)。

萊頓賽車(chē)運(yùn)動(dòng)公司（Lyten Motorsports）是萊頓公司位于印第安納波利斯的子公司，專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)用于賽車(chē)應(yīng)用的3D打印和復(fù)合材料部件，目前已在內(nèi)部部署了PA1205材料。萊頓表示，該材料正被用于功能性部件，但最終是否適用于安全關(guān)鍵系統(tǒng)仍需通過(guò)獨(dú)立的認(rèn)證和驗(yàn)證。

此次推出新型石墨烯絲材，正值Lyten不斷拓展其3D石墨烯平臺(tái)的應(yīng)用范圍之際。該平臺(tái)已應(yīng)用于電池、傳感器、復(fù)合材料和粘合劑等領(lǐng)域。業(yè)內(nèi)人士指出，Lyten的戰(zhàn)略體現(xiàn)了其對(duì)材料而非機(jī)器的日益重視，并將材料視為提升增材制造性能的下一個(gè)關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。

隨著工程師和制造商不斷推動(dòng)3D打印技術(shù)深入應(yīng)用于要求嚴(yán)苛的實(shí)際場(chǎng)景，PA1205等材料凸顯了該行業(yè)的核心問(wèn)題：新型碳纖維增強(qiáng)材料能否最終克服長(zhǎng)期以來(lái)限制打印部件性能的機(jī)械缺陷。對(duì)于Lyten而言，PRI 2025是其迄今為止為解答這一挑戰(zhàn)所做的最明確的嘗試。

編譯整理：ALL3DP