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工艺与制造英文2026

碳纤维-凯夫拉纤维层内混杂连续纤维复合材料瓦楞夹芯结构的增材制造与力学性能

Additive Manufacturing and Mechanical Behaviors of Carbon–Kevlar Intralayer Hybrid Continuous Fiber Composite Corrugated Sandwich Structures

Weimin Zhang, Shuheng Xiao, Zhihao Xie, Qinglei Sun, Yiru Ren, Hongyong Jiang · School of Mechanical Engineering and Electronic Information, China University of Geosciences, Wuhan, China.
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期刊 / 来源3D Printing and Additive Manufacturing
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关键词:增材制造碳纤维-凯夫拉纤维混杂连续纤维复合材料瓦楞夹芯结构层内混杂机制能量吸收工艺参数优化

摘要整理

混杂连续纤维增强复合材料结构在航空航天领域应用广泛,但存在打印质量差、性能不稳定等问题。本研究通过实验系统研究了碳纤维-凯夫拉纤维层内混杂连续纤维复合材料瓦楞夹芯结构的增材制造工艺与力学性能。采用基于单笔路径规划的原位浸渍方法制备所有样品。重点研究了层内纤维混杂的内在机制及三维打印工艺参数(层厚、温度、速度)对打印质量和力学性能的影响。分析了基于层内混杂的保护机制、细观结构特征和失效模式。研究结果表明:凯夫拉纤维在打印过程中对碳纤维起保护作用,降低喷嘴摩擦力,防止脆性断裂;但碳纤维与凯夫拉纤维间的工艺参数不匹配(如挤出量和温度)导致表面缺陷和浸渍不均。准静态压溃试验表明,混杂样品相比单一纤维样品表现出更优异的能量吸收能力和载荷稳定性,这源于高强度碳纤维与韧性凯夫拉纤维的协同效应。优化的打印工艺参数可增强浸渍效果和层间粘结,最小化缺陷。本研究为层内混杂纤维复合材料结构的三维打印工艺与力学性能研究提供了有价值的探索。

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