基于熔融沉積成型的連續纖維增強復合材料3D打印研究進展

於琳濤　聶祥樊　羅楚養

摘要：? ? ? 熔融沉積成型（Fused Deposition Modeling， FDM）工藝具有無模自由成型、 可設計性強、 快速成型等特點， 進一步擴大了連續纖維增強復合材料的應用范圍， 是當前受到廣泛關注和研究的3D打印成型工藝。 本文針對連續纖維增強復合材料的FDM工藝成形原理、 工藝方法及設備、 打印原材料等方面進行綜述； 分析了工藝參數、 浸漬狀態以及路徑規劃算法對連續纖維增強復合材料3D打印樣件的力學性能及表面質量的影響。 針對當前FDM工藝以及技術發展所遇到的問題進行總結并對今后發展的重點方向提出建議。

關鍵詞：? ? ?復合材料； 3D打印； 連續纖維； 熔融沉積成型; 飛行器中圖分類號：? ? ? TJ760； V257

文獻標識碼：? ? A文章編號：? ? ?1673-5048（2023）02-0042-11

DOI： 10.12132/ISSN.1673-5048.2022.0217

0引言

結構輕量化是實現機載武器高速度、 高機動、 遠射程的重要手段［1-2］。 連續纖維增強樹脂基復合材料具有比強度高、 比模量大、 低密度、 耐腐蝕、 抗疲勞等特點， 廣泛應用于生物醫療、 海洋船舶、 軌道交通、 航空航天等領域 ［3-6］， 將其應用在機載武器結構中， 可獲得良好的減重效果［7-11］。 連續纖維增強樹脂基復合材料傳統成型工藝主要包括熱壓罐成型［12］、 模壓成型［13］、 液體模塑成型［14］、 拉擠成型［15］、 纖維纏繞成型［16］等。 這類成型工藝一方面工藝流程復雜， 往往需要模具， 成本較高， 生產周期長； 另一方面， 模具的存在限制了成形件結構， 難以制造復雜形狀構件， 通常需要配合復雜的后處理技術實現， 導致整體性能下降且加工成本提高。 3D打印成型工藝與傳統復合材料成型工藝相比， 具有工藝過程簡單、 材料利用率高、 制造成本低等優點， 同時可實現連續纖維增強復合材料復雜結構的一體化成型， 無需模具， 可顯著降低先進復合材料的制造時間和成本。……