短切碳纤维当作增强纤维,再用力学性能和耐疲劳性能比较好的 PA6 塑料当作基体。通过研究在不同打印轨迹、平台温度和后处理温度下的碳纤维增强 PA6 复合材料,找到一种优化的、针对 CF/PA6 复合材料的 FDM 打印成型工艺。多孔材料呢,就是那种由互相连通或者封闭的、像细胞一样的小孔组成的,能把空间填满的二维或者三维网格结构。这些小孔是被支柱或者平板分隔开的。多孔材料在自然界里到处都是,像蜂巢、珊瑚礁和海绵等等。因为多孔材料有比面积大、比强度高、相对密度小、隔音、隔热、渗透性好这些优点,所以从 20 世纪中期开始,好多人造的多孔材料就出现了,像泡沫、人造海绵垫之类的。其中按照仿生学原理设计制作出来的层级蜂窝结构,最开始在航空航天领域特别厉害,被大量用来制作各种飞行舱面、消音板、推进剂贮箱底还有太阳电池翼这些零部件。

这几年,蜂窝结构在汽车领域用得越来越多了。它很厉害的吸能减震效果,在公交车、房车的地板三明治夹芯结构里表现得特别好。还有一些乘用车,在噪声比较大的部件也会用层级蜂窝结构。比如说大众汽车公司推出的 Tiguan 汽车,它的行李箱地板就是用 Baypreg 聚氨酯材料做成的纸蜂窝夹层结构部件。而且经过这几年的发展,蜂窝结构在国内汽车产业里的应用增长得特别快。不过随着蜂窝结构用的地方越来越多,它本身形状又多样又复杂,导致成型很困难的问题也越来越明显了。

3D 打印技术不需要模具,还能制作形状复杂的部件,所以用来做蜂窝结构的成型是比较理想的。而 FDM 打印技术操作简单、成本低,在热塑性塑料蜂窝成型里特别重要。最近这几年,好多学者都很关注 FDM 打印的蜂窝结构的压缩变形行为和吸能性能的研究。