基于3D打印的连续纤维增强热固性复合材料性能及其应用探索

摘要

综述分析了连续纤维增强热固性复合材料3D打印研究的发展现状与技术瓶颈,并基于前期试验基础,提出了两步式3D打印解决方案,包括"纤维预浸及打印成型"与"预成型体热后固化".3D打印制备了连续碳纤维(CCF)增强热固性环氧树脂(EP)复合材料样件,并通过力学测试发现,其拉伸强度及模量分别达到(1257±71)MPa和(96±11)GPa;弯曲强度及模量分别达到(965±80)MPa和(75±7)GPa;层间剪切强度达到(92±3)MPa.详细讨论了3D打印CCF/EP样件的纤维–树脂界面、分布以及孔隙缺陷.此外,还展示了多种连续纤维增强的3D打印复杂结构件,以验证其工艺可行性.最后,基于高导电性3D打印CCF/EP栅格,提出了其在电热除冰领域的应用尝试,并进行了人工模拟除冰试验探索.这些结果为通过3D打印数字化制造高性能热固性复合材料铺平了道路,并证明了其在先进工业应用中的巨大潜力.