FFF工艺制造的PLA/TPU夹芯板结构性能与能量吸收研究

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夹芯结构因其优异的性能、能量吸收能力和轻量化特性，广泛应用于汽车、船舶、航空航天等工业领域。多层复合材料提供了多样化的设计方案，便于制造商制造复杂零件。熔融沉积成型（FFF）是生产复杂物体最流行的增材制造技术之一。本研究采用FFF工艺制造了聚乳酸（PLA）和热塑性聚氨酯（TPU）双芯夹芯样品，设计了三种不同的芯体结构：圆柱形、蜂窝和四面体桁架。通过拉伸、三点弯曲、Izod冲击、显微硬度测试和扫描电子显微镜观察，系统评估了样品性能，并与单体PLA样品进行了对比。结果表明，TPU芯体夹芯结构具有高能量吸收能力，相比单体PLA样品，其极限伸长率和冲击强度显著提高。然而，TPU芯体的弯曲强度和拉伸强度低于PLA芯体样品。芯体结构形状对强度和能量吸收特性有显著影响。四面体桁架芯体样品的伸长率显著增加，以TPU作为内芯时相比单体PLA提高了3倍以上。在弯曲测试中，PLA/TPU蜂窝夹芯板的极限应变约为0.08，是单体PLA样品的两倍。单体PLA蜂窝内芯结构表现出最低的冲击抗力和崩溃前的能量吸收量。在能量吸收性能方面，采用圆柱形和四面体桁架芯体的PLA/TPU双层夹芯板表现最优。

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