連續纖維復合材料具有密度低，強度高等優點，因而成為國內外航天器結構的主要材料。其傳統的制備工藝復雜并且成本較高，同時缺乏設計靈活性，限制了最終產品的結構和性能。來自美國特拉華大學的研究團隊開發了一種動態毛細管驅動的3D打印技術，稱為局部面內輔助加熱3D打印（LITA），復合材料中纖維體積分數為58%，機械強度和模量分別達到了810MPa和108GPa.

3D打印碳纖維

LITA基于液態樹脂在碳纖維間連續的毛細效應：加熱器對干燥的碳纖維進行局部加熱，使其沿纖維方向產生溫度梯度，從而使液體聚合物的粘度梯度從纖維的低溫區降低到高溫區，粘度的降低使其由于毛細力的作用流入相鄰碳纖維之間，同時高溫會使液態樹脂發生固化，從而實現快速同步的灌注和固化。進一步研究發現，液態樹脂在注入碳纖維時原位快速固化。復合材料由于液態樹脂在纖維間的毛細作用而致密化，從而實現了更高的纖維體積分數，有助于提升材料性能。

圖1.打印設備及原理

這一技術既可以在平面上打印復雜幾何形狀，還可以在曲面上打印共形的結構，甚至可以實現在自由空間中的打印。相比于現有的復合材料打印方式，這一打印技術在纖維長度、聚合物使用溫度、打印成型性、幾何復雜性和多功能性等方面均顯示出了明顯的優勢。

研究人員選用連續的工業級碳纖維和高性能環氧樹脂實現了3D打印連續纖維增強熱固性材料，所開發的3D打印技術易于加工高性能的復合材料，有望提供一種快速、節能且規模化的3D打印方法，為設計和制造具有工程結構和多功能的三維復雜結構提供了新機遇。