紫外光固化树脂增强连续碳纤维3D打印工艺研究

摘要整理

增材制造技术正向快速原型制造之外的功能应用领域发展，这要求开发具有高性能、轻量化和复杂结构的增材制造产品。实现这些要求的主要挑战是材料性能的局限性。引入增强纤维可以扩展现有聚合物基3D打印技术的应用范围，在保持复杂几何形状的同时提高材料性能。商用热塑性复合材料3D打印机已展现出良好的重复性，但其局限性包括纤维体积分数低和对高温敏感。相比之下，热固性复合材料因其交联聚合物结构具有更好的热稳定性和更高的力学性能。采用连续纤维增强而非短纤维增强可获得更优异的性能。本研究针对连续纤维增强热固性复合材料3D打印工艺进行了探索。构建了一套能够打印紫外光固化树脂体系增强连续碳纤维的3D打印机。研究了打印复合材料的力学性能与纤维束特性的关系。评估了两种不同碳纤维类型及其相应的束捻度和浆料体系。采用灼烧法测定打印复合材料的最终纤维体积分数。利用混合律方法预测各复合材料的强度和模量，并与实验值进行对比。预测模量值与实验值的偏差在2%～5%范围内，而强度预测值明显低于实验值。

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