3D打印長纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的表征

關(guān)于FDM技術(shù)用于成型纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的研究已經(jīng)很多，多集中于在零件的某一部分使用FDM技術(shù)打印纖維增強(qiáng)復(fù)合材料來增強(qiáng)零件的力學(xué)性能，卻沒有關(guān)于完全使用尼龍基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料打印的零件的研究。

本文使用MarkOne3D打印機(jī)，采用預(yù)浸漬的尼龍基碳纖維材料和尼龍基玻璃纖維材料打印出用于拉伸、壓縮力學(xué)試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)樣件進(jìn)行性能測試。預(yù)浸漬的尼龍基碳纖維材料的碳纖維含量（重量）約為40%，預(yù)浸漬的尼龍基玻璃纖維材料的玻璃纖維含量約為50%，浸漬纖維與去樹脂后的纖維如圖1。為保證成型效果，噴頭路徑采用回形循環(huán)，如圖2。

力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表。

與傳統(tǒng)工藝相比，使用FDM技術(shù)成型的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)工藝，分析其原因主要有二：（1）原材料較低的纖維含量，尼龍及樹脂的力學(xué)性能較差；
（2）零件在成型過程中有空隙產(chǎn)生，成型后沒有壓實(shí)過程。

之后的研究應(yīng)該嘗試采用具有高強(qiáng)度的樹脂基材料（比如PEEK），增加纖維含量，增加成型后的處理工序以提高其力學(xué)性能，以及利用FDM技術(shù)打印出具有較復(fù)雜結(jié)構(gòu)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料零件。

作者： 單存清
來源：西安交大王玲課題組

參考文獻(xiàn)：

Justo, J., et al. (2018). "Characterization of 3D printed long fibre reinforced composites." Composite Structures 185: 537-548