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连续纤维增强聚合物复合材料3D打印强度及其变异性研究

Strength and its variability in 3D printing of polymer composites with continuous fibers

Mallory Parker, N. Ezeokeke, Ryosuke Matsuzaki, Dwayne Arola
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期刊 / 来源Materials & Design
卷/期/页225 / 111505-111505
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关键词:增材制造连续纤维复合材料熔融沉积成型强度变异性韦伯尔统计碳纤维增强复合材料工艺缺陷可靠性

摘要整理

连续纤维增强聚合物复合材料的增材制造(AM)在航空航天等领域具有重大应用潜力,但需要打印材料达到新的可靠性水平。本研究通过熔融沉积成型(FFF)工艺,表征了选定热塑性基体复合材料的强度分布特性。采用连续碳纤维或凯夫拉纤维增强的实验型和商用复合材料长丝进行打印,纤维体积分数(Vf)范围约为28%~56%。在打印过程的特定阶段后进行单轴拉伸强度评估,并应用韦伯尔统计方法表征强度分布。无论增强纤维类型、纤维体积分数或打印机型号如何,打印材料的强度相比未打印状态均显著降低。长丝挤出进料过程中引入的损伤和材料沉积时诱发的纤维断裂最为有害。对于碳纤维长丝,强度降低幅度从实验材料的约10%到商用长丝的60%以上。强度衰减和变异性与纤维体积分数无相关性。防止工艺相关的纤维损伤是推进连续纤维复合材料增材制造发展的关键,也是其在应力关键应用设计中应用的前提。

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