摘 要

3D打印可以减少制造业的碳足迹，运输以及制造业在整体能源使用可以显着减小。因此，全球“资源生产率”可以大大增强，碳排放减少在某些经济体里，可以减少制造业对劳动力的需求。3D打印为汽车行业提供无限的创新力，如何结合3D打印与汽车设计是值得大家深究的问题。碳纤维轴向强度优于其他材料,具有良好的性能和密度小的特性，是汽车轻量化的重要材料之一。在汽车设计试制中，将碳纤维与3D打印技术应用合理极其重要。本文介绍了碳纤维和3D打印的发展现状和应用前景，从而引出其在汽车应用中的优越性。随后介绍 3D打印材料与碳纤维的粘合时的性能实验。再者介绍3D打印所需的模型的建立，连续性的处理，加厚处理以及装配以及手糊工艺制作车顶壳的所需的材料和流程。

关键字：3D打印；碳纤维；手糊工艺

Abstract

3D printing can reduce the manufacturing sector's carbon footprint, the overall energy use of transportation and manufacturing can be significantly reduced so that the global resource productivity will be greatly enhanced, the carbon emission reduction in some economies, can reduce the demand for labor in the manufacturing industry.3D printing for the automotive industry provides huge space for innovation, how to combine the 3D printing and automotive design is worthy to think over. And axial strength and modulus of the carbon fiber is high,. because of its good performance and low density characteristics it become one of the important material for lightweight of automobile. The application of carbon fiber and 3D printing technology is very important in the design of automobile. This paper, introduces the current status, development and application of carbon fiber and 3D printing and the special properties of carbon fiber which leads to its superiority in automotive applications. 3D printing materials and carbon fiber bonding performance experiment are introduced then. The modeling of 3D printing, checking the continuity of the surface, thickening processing ,assembling and the hand paste process of making the roof shell.

Keyword：3D printing,；Carbon fiber； Hand paste technology

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 碳纤维的发展现状与前景应用 1

1.1.1 国外的发展现状 1

1.1.2 国内的发展现状 1

1.2 3D打印的应用现状与前景分析 2

1.3 3D打印与碳纤维在汽车中的应用现状 3

1.4 注塑技术 4

1.5玻璃钢 5

1.5.1 玻璃钢的介绍 5

1.5.2 玻璃钢与碳纤维的对比 5

1.6 本章小结 6

第二章 碳纤维的的性能，成型工艺和制备 7

2.1 碳纤维的性能 7

2.1.1 密度 7

2.1.2 热膨胀系数 7

2.1.3 耐磨性 7

2.1.4 强度和模量 7

2.2 碳纤维的制备 7

2.3 碳纤维的分类 8

2.4 碳纤维的成型工艺 8

2.4.1 手糊成型工艺 8

2.4.2 缠绕成型工艺 8

2.4.3 树脂传递模塑成型工艺 9

2.5 本章小结 9

第三章 3D打印试制与碳纤维性能测试 10

3.1 3D打印材料与碳纤布粘接前后的强度对比 10

3.2 3D打印材料对树脂的渗透能力 11

3.3.本章小结 12

第四章 模型的建模与3D打印后期处理 13

4.1 车身的建模 13

4.2 内饰的建模 13

4.3 车架的建模 14

4.4 3D打印的后期加厚处理 14

4.5 数模的总装配 15

4.6本章小结 15

第五章 碳纤维车顶壳的制作 16

5.1 原材料的选择 16

5.1.1 脱模蜡 16

5.1.2 树脂 16

5.1.3 碳纤维布 16

5.1.4 腻子 17

5.2 手糊成型工艺的制作过程 17

5.3 本章小结 19

小结 20

参考文献 21

致谢 22

第一章 绪论

1.1 碳纤维的发展现状与前景应用

1.1.1 国外的发展现状

碳纤维（carbon fiber，简称CF），是一种新世纪性能优异的复合材料，它有着高模量，高强度的特征。有机纤维如片状石墨微晶布列而成（沿轴向），经碳化及石墨化等一系列反应，最终获得的具有微小晶体的石墨材料^[1]。碳纤维“外柔内刚”的优秀品质，密度甚至比铝还小，另一方面强度却优于钢铁，也就是在零件同样的质量下，碳纤维制品不但轻于钢铁产品，其强度也优于钢铁。并且具有耐腐蚀的品质，其抵抗形变的能力也是首屈一指。在国防制品和民用的生活用品行业领域都是重要原料^[2]。它具有钢铁制品的高强度特性，又同时具有纺织产品的易于加工性，是车身覆盖件的未来材料，容易贴合模具曲面，省去了钢铁冲压件在加工中的撕裂和变皱的问题^[3]。

20世纪50年代， 以PAN为原材料研究开发基碳纤维的方法首次被日本进藤昭男博士采用，至于沥青基碳纤维，日本大谷教授采用石油冶炼过程中的副产物，即沥青，成功开发了沥青基碳纤维。

20世纪60年代，粘胶纤维基碳纤维的诞生成为了世界的佳话。美国UCC公司之所以取其名为于粘胶纤维基碳纤维是因为其前驱体是粘胶。