据海外市场分析机构所发布的《增材制造复合材料2020-2030》报告显示，到2030年，整个复合材料增材制造市场（材料、硬件、服务和应用）将从2020年的4.8亿美元增长到超过106亿美元。

该机构对50多家涉足该领域的公司进行了调查，并收集了该领域所有主要公司的销售和业务活动信息，主要研究了增材制造在复合材料市场中的渗透以及硬件技术和材料科学的发展，最终评估了与增材制造在原型、工具和终端用途零件生产中的应用。

该报告发现，复合材料销售将占总收入机会的很大一部分。这与其他增材制造材料部门（例如金属、高级陶瓷甚至聚合物）有很大的出入，在最终产品中，最终零件的价值可能比所用材料的成本高十倍以上。在复合材料中，随着市场向零件的批量生产迈进，预计到预测期末，该比率将缩小2到3倍。

随着新的交通工具的发展，为确保可行的效率和里程水平而需要的重量与强度之比，将需要更多地采用金属复合材料替换。复合材料FRP的优越性能还将要求比未填充的聚合物更多地使用，因为更高的硬件吞吐能力可降低材料价格。因此所有这些要素都有助于推动该细分市场的显着整体增长。

在这种趋势下，应用于复合材料领域3D打印的新材料、新技术不断被开发出来。

应用：波音公司将3D打印复合材料纳入供应链

高性能的复合材料3D打印在航天级别的应用越来越多。波音公司近日将一种用于制造飞机零部件的3D打印复合材料纳入到了供应链中，该材料具有显著的轻量化优势。

波音公司纳入到合格供应商名单中的3D打印复合材料是由赫氏（Hexcel）生产的HexPEKK-100材料。

这是一款聚醚酮酮和碳纤维复合材料，Hexcel开发了专有的材料配方，打印工艺为选区激光烧结（SLS），将被用于制造最终使用的飞机零部件，例如优化设计的支架、复杂管道，以及替代部分铸造件。

这种复合材料比铝轻50％，是一种可替代金属的轻量化工程级材料，该材料具有优异的温度耐受性和耐化学性，并具有良好的机械性能，能够满足飞机内部烟雾和毒性要求（ULVO，OHS）。与传统的铝加工或复合材料加工相比，Hexcel将通过3D打印技术与HexPEKK材料提供高效的连续零件生产，有助于缩短交付周期，降低复杂部件的生产成本。

PEEK（聚醚醚酮）作为一种高熔点半晶态工程塑料，因其良好的热稳定性和耐腐蚀性能，以及优异的力学性能和生物兼容性而受到航空、航天、汽车工业以及医疗等各个应用领域的关注和研究。

连续碳纤维增强PEEK（CCF/PEEK）复合材料通过传统的热压技术而制成的高性能制件在20世纪已经被应用于航空航天等领域。然而受限于制造方式，具有复杂结构的零部件依然无法通过该方式获得，这也成为约束CCF/PEEK复合材料应用的一个至关重要的难题。现在可以通过3D打印的方式，将以前有合适的材料，没有合适的技术的遗憾弥补。通过3D打印解决了这一难题。

传统复合材料行业中的许多人质疑，3D打印的连续纤维复合材料具有如此低的纤维含量和如此高的打印层之间的分层可能性，如何与传统复合材料竞争。Logtenberg对此表示赞同。“当然，z方向强度是3D打印复合材料最具挑战性的因素之一。我们目前没有与传统复合材料竞争。我们相信，未来我们将能够与传统复合材料竞争，因为我们的生产完全自动化，但我们还有很长的路要走。目前，它是当前制造方法的补充，提供了灵活性和开放式设计以及生产可能性。”

材料：3D打印金属基复合材料-含碳纤维的液态金属

一项发表在《机械工程学报》的研究记录了一个研究小组为结合金属和增强纤维的不同性能而采用的3D打印MMC的方法。

来自陕西省快速制造技术工程研究中心的研究人员将锡铅与碳纤维结合起来，一方面探索利用铅的辐射屏蔽性能，另一方面利用碳纤维强度的可能性。同时，这项研究试图展示铅的3D打印能力，以前由于铅的润湿性（液态时无法粘在固体表面）而很难实现。

FTP 流程概述。图片由《机械工程学报》提供。

为了实现这一目标，研究团队依靠具有更好润湿性的液态锡铅。通过一种被称为纤维牵引打印（FTP）的工艺，将电镀有镍和铜的碳送入挤出机，再将其浸入熔融的锡铅，并使用类似于Markforged，Anisoprint现有复合3D打印机的材料挤压工艺进行打印。

研究人员对这项技术进行了多次观察。例如，由于液态金属的表面张力，研究人员无法从理论上计算出如何实现形态均匀性。但是，该团队能够确定打印速度和沉积均匀性之间的实际关系。尽管电镀程度更高的碳纤维没有显示出可观察到的缺陷，但在液态金属和纤维之间的润湿性也较低，且镀层较厚。

研究表明，通过将液态金属与碳纤维结合，不仅可以将液态金属模制成所需的形状，而且还可以改善低熔点合金（如锡铅）的机械性能。当使用带有3微米电镀层的碳纤维时，锡铅材料的抗拉强度从33.3MPa增加到235.2MPa。随着电镀层厚度的增加，纤维体积也增大。

3D打印铅的功能可能会导致需要辐射屏蔽的独特部件，如航天器。该团队认为，FTP流程可以扩展到其他MMC，如碳纤维铝和碳纤维镁。

由于金属基复合材料几乎总是比它们要替代的传统材料更贵，因此通常只用于高端应用，如高性能刀具（碳化钨）、跑车（碳纤维和碳化硅、碳化硼铝）、电子产品（铜银和钻石，铝石墨），和航空航天（碳化硅纤维和钛）。同样，由于规模的问题，增材制造也经常保留给高端的短期应用程序。反过来，随着打印MMC能力的提高，预计这两个领域可能会有更大的重叠。

到目前为止，许多机构都在进行打印MMC的研究，包括加利福尼亚州立大学，该校的一个团队正在用陶瓷3D打印钛合金。AGH大学，将Inconel625和碳化钨结合在一起；迪肯大学（DeakinUniversity），将氮化硼和钛混合在一起。

技术：无需后固化，经济高效3D打印碳纤维复合材料

纤维增强聚合物复合材料具有许多有用的性能，但其最大的缺点是其制造复杂且成本昂贵。来自特拉华大学的工程师团队开发出一种3D打印技术，可对连续碳纤维和热固性聚合物，以低成本、灵活的方式来打印制造纤维增强聚合物复合材料制品。

特拉华大学研究人员设计的新 3D 打印方法示意图：加热器接触碳纤维并沿碳纤维移动 以产生动态温度梯度，从而触发分配的液体聚合物注入并固化碳纤维结构。

研究人员表示：“这可以说是首次业界实现了连续碳纤维和热固性复合材料的3D打印。”据介绍，该团队研发了一种名为局部平面内热辅助（ocalizedin-planethermalassisted，简称LITA）的3D打印方法。它允许用户控制液体聚合物固化成指定形状所需的厚度和固化程度。

在LITA3D打印中，研究人员小心地控制碳纤维的温度，帮助液态聚合物流入碳纤维之间的通道。然后，聚合物固化成三维结构。LITA3D打印不需要后固化，与传统的需要数十小时后固化的复合材料相比，可以节省大量的能源。

该团队开发了一个机器人系统，包括一个独特的打印头和自动机械手臂。这台定制的3D打印机允许小组打印各种形状和结构。LITA3D打印可以为许多行业提供一种快速、节能的方法，使用各种聚合物和纤维的组合来制造各种形状的复合组件。

产品：3D打印一体式碳纤维电动自行车

总部位于硅谷的自行车品牌Superstrata日前推出了其旗舰产品，这是全球首款采用抗冲击一体式碳纤维车架的3D打印电动自行车。

Superstata标榜的是一个真正的一体式结构，由连续的碳纤维-热塑复合材料一次性3D打印而成。其他碳纤维自行车的车架是用几十个单独的零件用胶水和螺栓连接在一起，并由上一代热固性复合材料制造而成，而Superstrata的车架没有接缝，也没有使用胶水，可以实现无缝结构。它还采用了下一代热塑性材料，使其具有极高的抗冲击性，但重量却非常轻。

Superstata采用先进的3D打印工艺，可实现前所未有的定制化。车架可以根据骑手的身高、重量、臂长和腿长、乘坐位置，甚至是偏好的硬度水平进行定制。Superstata拥有超过50万种可能的组合，是有史以来最通用的碳纤维自行车。

“这款自行车的设计是为了充分利用这项新制造技术的所有优点，以达到强度和轻便性的最佳效果。”获奖自行车设计师、Superstata背后的创意力量BillStephens说。