连续纤维增强热塑性复合材料3D打印结构拉伸性能研究

为了揭示工艺过程与结构性能及失效机理的关系,基于试验方法开展了典型工艺参数对熔融沉积成型(FDM)复合材料结构力学性能及失效机理的影响研究,提出了打印工艺的优化参数。同时,基于层级多尺度理论,建立了包含孔隙、树脂富集区等典型缺陷的打印丝束高保真有限元模型,提出了复合材料构件宏观拉伸性能的预测方法,并与试验结果进行了对比分析。结果表明,树脂填充率对构件性能影响显著,树脂填充率从50%增至100%时,试件拉伸强度提高47.6%;层厚从0.2 mm增至0.4 mm时,试件拉伸强度降低51%,拉伸模量降低21%;而打印温度和打印速度对试件拉伸性能的影响相对较小。基于建立的多尺度有限元模型计算得到的拉伸模量相对误差仅为2.73%,能够实现复合材料增材制造结构力学性能的准确预测。