3D打印连续碳纤维复合材料拉伸力学性能试验研究

来源：机械工程学报杂志2025年第11期北京时间：

作者：王新玉, 刘天瑞, 吕昕泽, 汪干生, 岳健广

单位：南京工业大学土木工程学院 南京 211816

摘要：打印路径和纤维含量对3D打印连续碳纤维(3D printed continuous carbon fiber，3DPCCF)复合材料的力学性能影响显著。考虑了沿拉伸方向相邻层平行打印(记为0°/0°)、正交打印(记为0°/90°)、沿与拉伸方向夹角45°方向相邻层正交打印(记为45°/135°)三种打印路径和四种碳纤维体积含量(0%、7.6%、15.1%和22.7%)，共进行32个试件的轴向拉伸试验，分析了打印路径和碳纤维体积含量对3D打印连续碳纤维复合材料破坏机理和力学性能的影响规律。试验结果表明：0°/0°与0°/90°组试件几乎没有塑性变形，主要呈现纤维拉断的破坏形态；45°/135°组试件有较大的塑性变形，主要呈现层间粘结失效的破坏形态。试验测得0°/0°组试件抗拉强度和弹性模量最大，0°/90°和45°/135°组试件抗拉强度和弹性模量则依次降低。随着碳纤维体积含量的增加，各组试件的抗拉强度和弹性模量均近似线性增加。最后，建立了3D打印连续碳纤维复合材料与连续碳纤维和基体材料抗拉强度及弹性模量之间的关系表达式，为3D打印连续碳纤维复合材料的工程应用提供了设计参考。

关键词：连续碳纤维复合材料,3D打印,拉伸试验,打印路径,纤维含量；

基金资助：国家自然科学基金(52478178)和江苏省高校“青蓝工程”中青年学术带头人资助项目。