CN111936296A - 多层长丝及制造方法 - Google Patents

Abstract

一种用于制造多层长丝的系统，其生产包括连续芯、第一层和第二层的多层长丝。连续芯包括连续纤维、编织股线、金属丝和细规格丝中的至少一种。用于多层长丝的第一层和第二层的材料选自多种材料，多种材料中的每一种提供使用多层长丝制造的三维物体在具体应用中所需的一特定功能或多种功能。

Description

多层长丝及制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年2月8日提交的第62/627,950号美国临时专利申请的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体涉及在三维打印中使用的多层长丝和制造多层长丝的方法。

背景技术

本部分的陈述只提供与本公开相关的背景信息，且可构成或不构成现有技术。

三维打印或增材制造表示从数字CAD设计模型创建三维物体的若干工艺。通过堆叠若干二维材料层形成三维打印件，从而最终制造出具有长、宽、高的物体。在一些工艺中，从金属到热塑性塑料和复合材料都可以用于形成物体。然而，虽然这些工艺能够快速生产出包含大量细节的复杂零件，但是目前的工艺似乎只能生产用途非常有限的物体，如原型零件、新颖物体、展示零件或组件、或其他轻载用途的零件。这种用途局限性主要取决于增材组装工艺能否生产出在打印件的若干二维层之间具有高内聚强度的零件。

一些工艺改进方式包括尝试增加三维打印物体各层之间的内聚强度。这些尝试包括在加工过程中和加工过程后执行一些步骤，这些步骤涉及采用不同的方法来加热打印的物体，使得各层软化甚至熔化，以增强各层间的交叉固化或晶化。然而，在加工过程中或加工过程后加热整个三维零件可能导致零件由于下垂和残留应力而发生变形以及产生其它缺陷。其它改进方式集中在长丝结构和材料上。

虽然当前的三维打印机和打印工艺实现了其预期目的，但是需要一种改进的三维打印工艺和长丝材料，来提供应用范围更广、强度增大且满足尺寸性能、多功能用途要求的零件。

发明内容

提供了一种用于制造在三维打印中使用的长丝的长丝制造系统。该长丝制造系统包括芯卷轴和第一层施料装置。芯卷轴包括连续芯材。第一层施料装置包括第一层施料器和多种第一层材料，其中第一层施料装置设置为接收来自芯卷轴的连续芯材，并将多种第一层材料中的至少一种布置到连续芯材的第一外表面上以形成第一多层长丝。

在本公开的一个实例中，长丝制造系统还包括第二层施料装置，第二层施料装置包括第二层施料器和多种第二层材料。第二层施料装置设置为接收来自第一层施料装置的第一多层长丝。第二层施料器将多种第二层材料中的至少一种布置到第一多层长丝的第二外表面上，以形成第二多层长丝。

在本公开的另一实例中，连续芯材为纤维、编织股线和细规格丝中的至少一种。

在本公开的又一实例中，连续芯材为碳纤维、玻璃纤维、凯芙拉纤维、聚芳酰胺纤维、纤维素基天然纤维、矿物纤维、合成聚合物纤维和碳化硅纤维中的至少一种。

在本公开的又一实例中，多种第一层材料包括聚乳酸、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚芳醚酮、聚醚酰亚胺、热塑性弹性体、聚芳醚砜、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚酰胺-酰亚胺、聚氨酯、聚烯烃、共聚物、由单一聚合物或聚合物组合制成的复合材料、功能性和非功能性填料、以及包括单体和改性聚合物的功能基团化合物中的至少一种。

在本公开的又一实例中，功能性和非功能性填料包括碳纤维、玻璃纤维、聚芳酰胺纤维、纤维素材料、纳米管、二维填料、炭黑、着色剂、反应剂、具有活性官能团的有机化学品和纳米颗粒中的至少一种。

在本公开的又一实例中，第一层施料装置包括共挤出机、层压机、液态沉积机、喷涂沉积机、喷墨打印机和底料涂覆机中的至少一种。

在本公开的又一实例中，多种第二层材料包括聚乳酸、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚芳醚酮、聚醚酰亚胺、热塑性弹性体、聚芳醚砜、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚酰胺-酰亚胺、聚氨酯、聚烯烃、共聚物、由单一聚合物或聚合物组合制成的复合材料、功能性和非功能性填料、以及包括单体和改性聚合物的功能基团化合物中的至少一种。

还公开了一种制造在三维打印中使用的长丝的方法。该方法包括提供包括连续芯材的芯卷轴。连续芯材包括纤维、编织股线和细规格丝中的至少一种。步骤二，提供包括第一层施料器和多种第一层材料的第一层施料装置。第一层施料装置包括共挤出机、层压机、液态沉积机、喷涂沉积机、喷墨打印机和底料涂覆机中的至少一种，多种第一层材料和多种第二层材料包括聚乳酸、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚芳醚酮、聚醚酰亚胺、热塑性弹性体、聚芳醚砜、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚酰胺-酰亚胺、聚氨酯、聚烯烃、共聚物、由单一聚合物或聚合物组合制成的复合材料、功能性和非功能性填料、以及包括单体和改性聚合物的功能基团化合物中的至少一种。步骤三，将第一层布置到连续芯材的第一外表面上以形成第一多层长丝。步骤四，提供包括第二层施料器和多种第二层材料的第二层施料装置。第二层施料装置设置为接收来自第一层施料装置的第一多层长丝。步骤五，将第二层材料布置到第一多层长丝的第二外表面上以形成第二多层长丝。多种第二层材料包括聚乳酸、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚芳醚酮、聚醚酰亚胺、热塑性弹性体、聚芳醚砜、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚酰胺-酰亚胺、聚氨酯、聚烯烃、共聚物、由单一聚合物或聚合物组合制成的复合材料、功能性和非功能性填料、以及包括单体和改性聚合物的功能基团化合物中的至少一种。

在本公开的一个实例中，提供包括第一层施料器和多种第一层材料的第一层施料装置还包括提供包括层压机和喷涂沉积机中的至少一个的第一层施料装置。

在本公开的另一实例中，提供包括第二层施料器和多种第二层材料的第二层施料装置还包括提供包括喷墨打印机和底料涂覆机中的至少一个的第二层施料装置。

在本公开的又一实例中，提供包括连续芯材的芯卷轴，其中连续芯材包括纤维、编织股线和细规格丝中的至少一种，还包括提供包括碳纤维和纤维素基天然纤维中的至少一种的连续芯材。

还提供了一种用于制造多层长丝的系统，该系统生产包括连续芯、第一层和第二层的多层长丝。连续芯包括连续纤维、编织股线、金属丝和细规格丝中的一种。用于多层长丝的第一层和第二层的材料选自多种材料，多种材料中的每一种提供使用多层长丝制造的三维物体在具体应用中所需的一特定功能或多种功能。

通过本公开，使得用于增材制造的一系列现有和正在研发的热塑性塑料和热塑性复合材料有了更多功能。多层长丝将主要用于熔丝制造(FFF)，这使得在消费级和工业3D打印市场中，均能使用这种将一种或多种所需性能融入到层中的长丝。

可以对多个层进行配制以与FFF技术如闪光熔融相互作用，从而在z方向上以化学方式粘结各层，改进z向强度。就这方面而言，外层或其中一层将包括任意上述材料或含有官能团的互连有机化学品，如硫醇、腈、酰胺、羰基化合物、醇、胺，或上述一种以上的组合，这些材料在受到热、电、电磁(紫外线、红外线、可见光)、粘度、pH或压力形式的刺激时可与丝的其它层反应或相互作用，以提高Z向强度甚至是整体强度。

在下面给出了所提出的层数为三层的长丝的实例图，但多层长丝可包含任何层数。此外，在图中实例，给出了两种不同情况的每一层的组成，但是如前所述，每层可以是任何组成。准确地说，任何给定的层都可以由聚合物、复合聚合物、纤维、连续纤维、功能基团化合物、纤维复合材料、有机功能化学品组成。

3D打印市场中现有的长丝技术主要是纯热塑性塑料。为了改善机械性能，采用在整个材料体中使用填料颗粒来生产一些长丝。将填料加入到热塑性塑料中会对长丝可打印性和成品性能产生极大影响。本公开的意义在于，首先且最重要的是，首次实现将多个要求的功能特性添加到3D打印长丝。此效果的实现意义重大，因为本公开采用的方式与将功能引入到整个长丝体中的方式相比，后者存在影响机械、热学和化学性能(例如：抗拉强度、抗拉模量、抗冲击性、热变形温度等)以及能否有效成功打印出零件的风险。在多层体系中，层仅占长丝总厚度的一部分，通过多层体系增加功能性，对基材的物理和化学性能的各种负面影响降到了最小，同时还降低了功能性添加剂的材料消耗和成本。本公开可在工业和消费级3D打印工艺中应用，并且利于零件制造。这些零件可适用于航空航天业、汽车工业、国防工业、电子工业、生物医药业和海洋工业。多层长丝提供了更大范围的新性能，其中一些性能的实现使多层长丝可用于以往热塑性塑料打印件无法工作的环境中。此外，零件将更适于应用到最终用途，从而扩大了除原型制作和类似用途以外的潜在用途范围。

除了在不抑制材料主要性能的情况下增加层的功能性之外，可以以便于基材改性(例如增加高纤维含量)的方式来配制层。在没有附加层的情况下对基材进行改性会导致长丝由于刚度增加或熔体流动性降低而无法通过FFF技术打印。添加层可以弥补对高性能复合材料的可打印性的不利影响。多层体系可以允许利用复合层材料将高性能材料引入FFF3D打印市场。另外，可以添加刺激响应层以在打印时或在零件打印出之后调整材料性能，从而保持可打印性并且仍然实现增强材料性能和功能性。

包括纯热塑性塑料长丝和热塑性塑料复合长丝在内的现有技术尚未在3D打印件中提供适用的功能。现有技术有在3D打印长丝上添加涂层，这种技术中包含了微波活性涂层，该涂层允许对3D打印件进行表面焊接，使其在机械性能方面与注塑成型零件相同。本公开通过提供上述功能及其任何组合，允许将所需功能选择性地融入到FFF 3D打印件中。在此讨论的多层配制是一种全新的方式，将大大增强FFF形式的增材制造的能力。首先，为每个最终多层长丝定制的层会使3D打印件增加所要求的功能。对于每种功能，都需要相关材料知识以了解如何改变物理和化学性能(即，虽然在本公开中相同，但是每种功能特性都需要进行微调改变添加剂化学性质，必须加以考虑以确保层之间的稳定性)。这种新颖性的一个实例是添加湿气阻挡罩层以减少多层长丝吸收湿气，这种操作将降低由于水解降解引起脆化而造成的产品损耗，并减少在打印之前进行干燥以防止蒸发的水分产生气泡以及造成打印件缺陷的需求。目前在3D打印丝文献或知识产权领域中没有用于解决长丝水分吸收问题的可行选择。防氧化和/或紫外线退化的长丝也是新型FFF长丝，通过增加使长丝免受环境因素如光和氧气的影响的功能，可以改进长丝增加成品件的保存期限。这种层可包含清除剂和/或氧气或紫外线辐射阻挡层。

将通过参考以下描述和附图，将进一步详细解释本公开的其他实例和优点。

附图说明

本文描述的附图仅用于说明目的，并不旨在以任何方式限制本公开的范围。

图1是根据本公开原理的用于生产多层长丝的制造工艺的示意图；以及

图2示出了根据本公开原理的多层长丝。

具体实施方式

以下描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或用途。

参见图1，示出了用于制造的多层长丝系统以及制造多层长丝的方法的示意图，现在将对其进行描述。多层长丝系统10包括芯卷轴12、第一层施料装置14、第二层施料装置16、第三层施料装置18和若干多种层材料20、22、24。更具体地，芯卷轴12包括从芯卷轴12送入第一层施料装置14的连续芯26。芯26包括可以是多种形式中的一种的材料，包括但不限于连续纤维、编织股线、金属丝或细规格丝。例如，连续纤维和编织股线可由碳纤维、玻璃纤维、凯芙拉纤维、聚芳酰胺纤维、纤维素基天然纤维、矿物纤维、合成聚合物纤维、或碳化硅纤维形成。

第一层施料装置14包括第一多种层材料20和第一层施料器28。第一多种层材料20包括若干种材料，每种材料为设置在芯26表面上的第一层30提供特定功能或一系列功能。例如，多种层材料20包括提供以下功能的材料：吸收辐射、防紫外线、防氧化、防水、抗菌、高机械强度、导电、抗静电、电介质、铁磁性、导热、电绝缘、环保、强耐化学性、减小摩擦、耐腐蚀、防潮、隔绝氧气、隔绝CO2、阻燃、隔热、力响应性或力致变色性、增强层间粘结、强化学活性、紫外线交联响应、缓冲层、堆叠层、双组分聚合物多层长丝、催化、耐磨、自润滑、光致发光、光致变色、亲水、防油和亲油。

提供上述功能层的多种层材料20包括聚乳酸(PLA)、聚酯(PET、PETG、PCTG、PBT)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚芳醚酮(PEK、PEEK、PEAK、PEKK、PEEKK)、聚醚酰亚胺(PEI)、热塑性弹性体(TPS、TPO、TPV、TPU、TPC、TPA、TPZ)、聚芳醚砜(PSU、PES、PAS、PESU、PPSU)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚酰胺-酰亚胺(PAI、Torlon)、聚氨酯、聚烯烃、共聚物、由单一聚合物或聚合物组合制成的复合材料、功能性和非功能性填料、和包括单体和改性聚合物的功能基团化合物，以及上述材料的任意组合。

如上所述，复合材料可包括功能性和非功能性填料。所包括的填料可选自碳纤维(短切的、短的、长的)、玻璃纤维(短的、长的)、聚芳酰胺纤维(短的、长的)、纤维素材料(原纤维、晶体、纳米颗粒、微晶纤维素)、纳米管(碳、氮化硼、二氧化钛、硅酸盐、多水高岭土)、二维填料(石墨烯、氮化硼片、粘土或云母等天然硅酸盐)、炭黑、着色剂、反应剂(紫外线活化、交联剂、除氧剂)、具有活性官能团的有机化学品(硫醇、羰基化合物、胺、腈、醇、酸酐)、和纳米颗粒(金刚石、金属、碳基材料、二维材料)。

第一层施料装置14以多种工艺中的一种沉积第一层材料。层沉积工艺可包括共挤出、层压、液态沉积、喷涂沉积和喷墨打印。沉积工艺中还可包括涂底料步骤。例如，共挤出允许在挤出过程中通过单个3D打印长丝挤出多层。内层可以是填充或非填充材料。附加层可以由某种类型的功能性配方组成，该功能性配方由部分相同或相似的基体聚合物或至少相容的聚合物树脂组成。这两(或多个)层将使用共挤出工艺共同挤出。

也可以通过层压工艺施加层。此工艺包括将所需性能添加到材料薄膜，然后通过流水线层压到3D长丝上，或在长丝制造后，重新缠绕期间层压到长丝上。

液态沉积需要通过一个或多个容器循环对芯26或多层长丝进行拉伸来沉积薄层。容器可容纳如酸、碱、水溶性聚合物和溶剂等功能组分的混合物。

喷涂沉积可以以单个工艺或单独步骤，在挤出后不久使用材料的稀释悬浮液，将一层或多层施加到长丝上。

另一种工艺包括在长丝制造之后使用液体分散剂喷墨打印各层。

当需要对层进行原表面涂底料以使表面能够接受附加层时，需要有涂底料步骤。涂底料步骤可包括沉积活性物质(带电的、电磁波敏感的、光敏的、热敏的等)，或沉积通过等离子体处理的诱导电荷。通过添加在层间起增容剂作用的底料层，多个共挤出通道也可以解决相容性问题。

第二层施料装置16包括第二多种层材料22和第二层施料器32。第二多种层材料22可包括与第一多种层材料20相同的上述材料。第二层施料器32在第一层30的表面沉积第二层34。同样，第二多种层材料22是用于第二层34的材料或材料组合，其中的每一种材料执行一个特定功能。

在一些实施例中，第三层施料装置18可用于在第二层34的表面沉积第三层36。第三层施料装置18包括第三多种层材料24和第三层施料器38。第三多种层材料24可包括与第一和第二多种层材料20、22相同的上述材料。同样，第三多种层材料24是用于第三层38的材料或材料组合，其中的每一种材料执行一个特定功能。

多层纤维系统10可用于制造多层纤维40，以便储存和以后使用，或者可将多层纤维40直接供给到三维打印机42，来快速生产出三维物体44。在任一应用中，多层纤维系统10生产具有定制功能层26、30、34的项目专用多层纤维40。

现在转到图2，并继续参考图1，示出了多层长丝40，现在对其进行描述。多层长丝40包括连续芯26、第一层30和第二层34。如上所述，连续芯26可以是连续纤维、编织股线、金属丝或细规格丝中的一种。例如，连续纤维和编织股线可由碳纤维、玻璃纤维、凯芙拉纤维、聚芳酰胺纤维、纤维素基天然纤维、矿物纤维、合成聚合物纤维、或碳化硅纤维形成。

第一和第二层30、34均可由一种材料或材料组合制成。材料的选择主要基于多层长丝的具体层30、34的所需功能。如上所述，所需功能可包括吸收辐射、防紫外线、防氧化、防水、抗菌、高机械强度、导电、抗静电、电介质、铁磁性、导热、电绝缘、环保、强耐化学性、减小摩擦、耐腐蚀、防潮、隔绝氧气、隔绝CO2、阻燃、隔热、力响应性或力致变色性、增强层间粘结、强化学活性、紫外线交联响应、缓冲层、堆叠层、双组分聚合物多层长丝、催化、耐磨、自润滑、光致发光、光致变色、亲水、防油和亲油。所需功能可以是多层长丝40的具体层的所需功能，或者可以是使用多层长丝40制造的三维物体44的所需功能之一。

第一层30和第二层34可由聚乳酸(PLA)、聚酯(PET、PETG、PCTG、PBT)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚芳醚酮(PEK、PEEK、PEAK、PEKK、PEEKK)、聚醚酰亚胺(PEI)、热塑性弹性体(TPS、TPO、TPV、TPU、TPC、TPA、TPZ)、聚芳醚砜(PSU、PES、PAS、PESU、PPSU)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚酰胺-酰亚胺(PAI、Torlon)、聚氨酯、聚烯烃、共聚物、由单一聚合物或聚合物组合制成的复合材料、功能性和非功能性填料、和包括单体和改性聚合物的功能基团化合物，以及上述材料的任意组合制成。

第一层30和第二层34也可包括连续纤维、编织股线、金属丝或细规格丝中的一种。

如上所述，复合材料可包括功能性和非功能性填料。所包括的填料可选自碳纤维(短切的、短的、长的)、玻璃纤维(短的、长的)、聚芳酰胺纤维(短的、长的)、纤维素材料(原纤维、晶体、纳米颗粒、微晶纤维素)、纳米管(碳、氮化硼、二氧化钛、硅酸盐、多水高岭土)、二维填料(石墨烯、氮化硼片、粘土或云母等天然硅酸盐)、炭黑、着色剂、反应剂(紫外线活化、交联剂、除氧剂)、具有活性官能团的有机化学品(硫醇、羰基化合物、胺、腈、醇、酸酐)、和纳米颗粒(金刚石、金属、碳基材料、二维材料)。

本公开的描述本质上仅仅是示例性的，并且不脱离本公开的主旨的变化旨在落入本公开的范围内。这些变化不应视为背离本公开的精神和范围。

Claims (20)

1.一种用于制造在三维打印中使用的长丝的制造系统，所述长丝制造系统包括：

芯卷轴，所述芯卷轴包括连续芯材，以及

第一层施料装置，包括第一层施料器和多种第一层材料，其中所述第一层施料装置设置为接收来自所述芯卷轴的所述连续芯材，并将所述多种第一层材料中的至少一种布置到所述连续芯材的第一外表面上以形成第一多层长丝。

2.根据权利要求1所述的制造系统，还包括第二层施料装置，所述第二层施料装置包括第二层施料器和多种第二层材料，其中所述第二层施料装置设置为接收来自所述第一层施料装置的所述第一多层长丝，并将所述多种第二层材料中的至少一种布置到所述第一多层长丝的第二外表面上以形成第二多层长丝。

3.根据权利要求1所述的制造系统，其中所述连续芯材为纤维、编织股线和细规格丝中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的制造系统，其中所述连续芯材为碳纤维、玻璃纤维、凯芙拉纤维、聚芳酰胺纤维、纤维素基天然纤维、矿物纤维、合成聚合物纤维和碳化硅纤维中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的制造系统，其中所述多种第一层材料包括聚乳酸、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚芳醚酮、聚醚酰亚胺、热塑性弹性体、聚芳醚砜、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚酰胺-酰亚胺、聚氨酯、聚烯烃、共聚物、由单一聚合物制成的复合材料、聚合物组合、功能性填料、非功能性填料、以及包括单体和改性聚合物的功能基团化合物中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的制造系统，其中所述功能性填料和所述非功能性填料包括碳纤维、玻璃纤维、聚芳酰胺纤维、纤维素材料、纳米管、二维填料、炭黑、着色剂、反应剂、具有活性官能团的有机化学品和纳米颗粒中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的制造系统，其中所述第一层施料装置包括共挤机、层压机、液态沉积机、喷涂沉积机、喷墨打印机和底料涂覆机中的至少一个。

8.根据权利要求2所述的制造系统，其中所述多种第二层材料包括聚乳酸、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚芳醚酮、聚醚酰亚胺、热塑性弹性体、聚芳醚砜、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚酰胺-酰亚胺、聚氨酯、聚烯烃、共聚物、由单一聚合物制成的复合材料、聚合物组合、功能性填料、非功能性填料、以及包括单体和改性聚合物的功能基团化合物中的至少一种。

9.根据权利要求8所述的制造系统，其中所述第一层施料装置包括共挤出机，所述第二层施料装置包括液态沉积机。

10.一种用于制造在三维打印中使用的长丝的制造系统，所述长丝制造系统包括：

芯卷轴，所述芯卷轴包括连续芯材，其中所述连续芯材包括纤维、编织股线和细规格丝中的至少一种，以及

第一层施料装置，包括第一层施料器和多种第一层材料，其中所述第一层施料器包括共挤出机、层压机、液态沉积机、喷涂沉积机、喷墨打印机和底料涂覆机中的至少一个，所述第一层施料装置设置为接收来自所述芯卷轴的所述连续芯材，所述多种第一层材料中的至少一种被布置到所述连续芯材的第一外表面上以形成第一多层长丝。

11.根据权利要求10所述的制造系统，还包括第二层施料装置，所述第二层施料装置包括第二层施料器和多种第二层材料，其中所述第二层施料装置设置为接收来自所述第一层施料装置的所述第一多层长丝，并将所述多种第二层材料中的至少一种布置到所述第一多层长丝的第二外表面上以形成第二多层长丝。

12.根据权利要求11所述的制造系统，其中所述连续芯材为碳纤维、玻璃纤维、凯芙拉纤维、聚芳酰胺纤维、纤维素基天然纤维、矿物纤维、合成聚合物纤维和碳化硅纤维中的至少一种。

13.根据权利要求12所述的制造系统，其中所述多个第一层材料包括聚乳酸、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚芳醚酮、聚醚酰亚胺、热塑性弹性体、聚芳醚砜、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚酰胺-酰亚胺、聚氨酯、聚烯烃、共聚物、由单一聚合物制成的复合材料、聚合物组合、功能性填料、非功能性填料、以及包括单体和改性聚合物的功能基团化合物中的至少一种。

14.根据权利要求13所述的制造系统，其中所述功能性和非功能性填料包括碳纤维、玻璃纤维、聚芳酰胺纤维、纤维素材料、纳米管、二维填料、炭黑、着色剂、反应剂、具有活性官能团的有机化学品和纳米颗粒中的至少一种。

15.根据权利要求14所述的制造系统，其中所述多个第二层材料包括聚乳酸、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚芳醚酮、聚醚酰亚胺、热塑性弹性体、聚芳醚砜、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚酰胺-酰亚胺、聚氨酯、聚烯烃、共聚物、由单一聚合物制成的复合材料、聚合物组合、功能性填料、非功能性填料、以及包括单体和改性聚合物的功能基团化合物中的至少一种。

16.根据权利要求15所述的制造系统，其中所述第一层施料装置包括所述层压机和所述喷涂沉积机中的至少一个，所述第二层施料装置包括所述喷墨打印机和所述底料涂覆机中的至少一个。

17.一种制造在三维打印中使用的长丝的方法，所述方法包括：

提供包括连续芯材的芯卷轴，其中所述连续芯材包括纤维、编织股线和细规格丝中的至少一种；

提供包括第一层施料器和多种第一层材料的第一层施料装置，其中所述第一层施料装置包括共挤出机、层压机、液态沉积机、喷涂沉积机、喷墨打印机和底料涂覆机中的至少一种，所述多种第一层材料和第二层材料包括聚乳酸、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚芳醚酮、聚醚酰亚胺、热塑性弹性体、聚芳醚砜、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚酰胺-酰亚胺、聚氨酯、聚烯烃、共聚物、由单一聚合物制成的复合材料、聚合物组合、功能性填料、非功能性填料、以及包括单体和改性聚合物的功能基团化合物中的至少一种；

将第一层布置到所述连续芯材的第一外表面上以形成第一多层长丝，以及

提供包括第二层施料器和多种第二层材料的第二层施料装置，其中所述第二层施料装置设置为接收来自所述第一层施料装置的所述第一多层长丝；

将第二层材料布置到所述第一多层长丝的第二外表面上以形成第二多层长丝，其中所述多种第二层材料包括聚乳酸、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚芳醚酮、聚醚酰亚胺、热塑性弹性体、聚芳醚砜、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚酰胺-酰亚胺、聚氨酯、聚烯烃、共聚物、由单一聚合物制成的复合材料、聚合物组合、功能性填料、非功能性填料、以及包括单体和改性聚合物的功能基团化合物中的至少一种。

18.根据权利要求17所述的制造方法，其中提供包括第一层施料器和多种第一层材料的第一层施料装置还包括提供包括层压机和喷涂沉积机中的至少一个的第一层施料装置。

19.根据权利要求18所述的制造方法，其中提供包括第二层施料器和多种第二层材料的第二层施料装置还包括提供包括喷墨打印机和底料涂覆机中的至少一个的第二层施料装置。

20.根据权利要求18所述的制造方法，其中提供包括连续芯材的芯卷轴，其中所述连续芯材包括纤维、编织股线和细规格丝中的至少一种，还包括提供包括碳纤维和纤维素基天然纤维中的至少一种的连续芯材。

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