碳纖維增強聚合物（CFRP）的增材制造具有輕質(zhì)、高強、定制化設(shè)計和快速成型等優(yōu)勢。由于這些顯著的優(yōu)勢，CFRP的增材制造在生物醫(yī)學(xué)、航空航天和電子領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景，因為在這些領(lǐng)域，定制對客戶滿意度至關(guān)重要。此

根據(jù)增強類型，CFRP增材制造材料可以分為短碳纖維增強聚合物和連續(xù)碳纖維增強聚合物（連續(xù)CFRP）。目前用于CFRP的常見增材制造技術(shù)主要包括熔融沉積建模（fused deposition modeling，F(xiàn)DM）、立體光刻（stereolithography，SLA）、選擇性激光燒結(jié)（selective laser sintering，SLS）和層壓物體制造（laminated object manufacturing，LOM）。在上述技術(shù)中，熔融沉積建模FDM是研究最多且應(yīng)用最多的技術(shù)。FDM具有優(yōu)異的機械性能以及成本和時間優(yōu)勢，在復(fù)合材料加工中顯示出較好的應(yīng)用前景。

立體光刻SLA是最原始的方法之一，其在醫(yī)學(xué)上已經(jīng)實現(xiàn)了應(yīng)用，例如脊柱植入物、膝關(guān)節(jié)植入物，以及用于侵入性手術(shù)的雙極組件。由于具有較高的彎曲強度和剛度，用于CFRP的SLS在踝足矯形器設(shè)計中顯示出了優(yōu)異的效果。此外，層壓物體制造LOM在連續(xù)CFRP的增材制造方面也顯示出了巨大的潛力。

除了這些增材制造技術(shù)，許多研究人員提出了混合增材制造技術(shù)。比如，場輔助混合增材生產(chǎn)技術(shù)是將主要的增材制造工藝與外部刺激（即電場、磁場和聲場）相結(jié)合。場輔助混合增材制造能夠在特定方向上微調(diào)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(shù)制成的智能復(fù)合材料在生物醫(yī)學(xué)、軟機器人和自主系統(tǒng)中有許多應(yīng)用。有關(guān)CFRP增材制造的每種技術(shù)細節(jié)將在后續(xù)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并重塑成不同的幾何形狀，而熱固性聚合物從液態(tài)到固化狀態(tài)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(zhì)是聚乳酸（PLA）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、聚碳酸酯（PC）、聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA）、聚苯乙烯（PS）、聚苯砜（PPSU）、聚醚醚酮（PEEK），聚芳醚酮（PAEK）和聚醚酰亞胺（PEI）。熱塑性基體材料通常應(yīng)用于FDM技術(shù)。目前，只有少數(shù)熱固性樹脂用于CFRP的增材制造，這些樹脂包括光固化樹脂、丙烯酸基樹脂和氰酸酯醚。

利用增材制造形式，將聚合物基體與碳纖維相結(jié)合，可以提高材料的機械強度和剛度，增加熱導(dǎo)率，減少熱膨脹，并減少翹曲。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(xù)纖維相結(jié)合，可使增材制造工藝生產(chǎn)出用于航空航天應(yīng)用結(jié)構(gòu)支撐的輕質(zhì)復(fù)合材料，也可用于生物醫(yī)學(xué)行業(yè)的器官和組織修復(fù)。

與單一聚合物和其他非連續(xù)填料增強復(fù)合材料相比，短碳纖維增材制造材料具有更好的機械性能，但不如連續(xù)CFRP增材制造材料。除了上述眾多優(yōu)勢以外，零件尺寸、低剛度、低強度使該技術(shù)僅限于原型生產(chǎn)和低強度零件的加工。

通過增材制造得到復(fù)合材料與傳統(tǒng)制造方法制造的復(fù)合材料在機械性能上仍然存在相當(dāng)大的差距，因此，研究人員正在探索CFRP增材制造的新方法，以實現(xiàn)與傳統(tǒng)制造方法相當(dāng)?shù)臋C械性能。因此，用于承載和功能部件的CFRP增材制造技術(shù)仍處于研究階段。截止目前，市場上有關(guān)連續(xù)CFRP增材制造裝置商業(yè)化報道仍然有限。

總體而言，目前有關(guān)CFRP增材制造綜合評述的文章較少，而在本系列文章中將會對短纖維和連續(xù)CFPR的增材制造進行詳細的闡述，旨在提供一項全面的研究，包括CFRP增材制造的技術(shù)現(xiàn)狀、材料配方、分析技術(shù)和機械性能。此外，后續(xù)文章也會直面該領(lǐng)域技術(shù)研究和商業(yè)化存在的主要問題以及所面臨的挑戰(zhàn)，這些缺點和挑戰(zhàn)阻礙了其在工業(yè)規(guī)模上廣泛使用。