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连续纤维增强3D打印蜂窝结构复合材料:打印工艺参数与弯曲性能深度研究

3D printed cellular structural composites with continuous fiber reinforcement: A deep study on printing structural parameters and bending performance

Ziying Cui, Xiayan Huang, Mahyar Panahi‐Sarmad, Ke Dong, Xueliang Xiao · Jiangnan University
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期刊 / 来源Research Square
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关键词:连续纤维增强复合材料熔融沉积成型蜂窝结构工艺参数优化弯曲性能有限元分析3D打印凯夫拉纤维

摘要整理

本研究采用升级型熔融沉积成型(FDM)3D打印技术,以凯夫拉纤维和聚乳酸(PLA)分别作为增强体和基体,制备了多种形状填充蜂窝结构的连续纤维增强复合材料(CFRCs)。系统研究了打印路径、纤维取向、填充密度、蜂窝孔长和层厚等关键工艺参数对弯曲性能的影响。建立了有限元(FE)模型与实验结果进行对比验证。三点弯曲测试表明,随着有效密度增加,不同填充结构的CFRCs强度和刚度均显著提升。蜂窝孔长等结构参数对弯曲性能的强化作用显著,通过调整纤维沿拉伸方向的取向可进一步优化该效应。菱形填充蜂窝结构CFRCs样品在层厚0.1 mm时弯曲强度和模量最高,分别达到53.61 MPa和2728.41 MPa。研究表明,复合材料力学性能主要取决于芯体形状、蜂窝孔长和层厚,通过3D打印设计多种填充结构可实现所需的弯曲强度和弯曲模量,为减少打印样品数量提供了参考指导。

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