高性能纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料3D打印及其應(yīng)用探索*

田小永， 劉騰飛， 楊春成， 李滌塵

（西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710054）

飛機(jī)結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)化、高性能化對(duì)于降低飛機(jī)的飛行成本，提高飛機(jī)的飛行性能有著至關(guān)重要的作用，是飛機(jī)發(fā)展一直追求的目標(biāo)。纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高模量、比重小、熱穩(wěn)定好、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[1]，應(yīng)用在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上能帶來(lái)明顯的減重效果和綜合性能的顯著提高，在航空飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已成功應(yīng)用在飛機(jī)的水平安定面、尾翼、機(jī)翼、機(jī)身等飛機(jī)結(jié)構(gòu)上，大大提高了飛機(jī)的結(jié)構(gòu)效率與綜合性能[2]。其中，軍用飛機(jī)中纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料用量已占飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的20%～50%，如美國(guó)F-22戰(zhàn)斗機(jī)上用量達(dá)到25%左右；民用飛機(jī)中，美國(guó)波音787纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料用量達(dá)到50%，歐洲空客公司的A350XWB用量已達(dá)到52%[2-4]，如圖1所示。

圖1 空客公司復(fù)合材料應(yīng)用水平Fig.1 Application levels of composites in the products of Airbus

傳統(tǒng)的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的成型工藝主要分為兩個(gè)過(guò)程完成，首先要制備纖維預(yù)浸料，制備方法主要有浸漬法、沉積法、混編法等；然后將預(yù)浸料經(jīng)過(guò)加工制成成型制件，加工方法有模壓成型、拉擠成型、纏繞成型、鋪放成型等[1,5]。傳統(tǒng)的成型工藝過(guò)程較復(fù)雜，加工成本較高，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的快速制造，大大限制了纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用范圍[6]。同時(shí)，傳統(tǒng)的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件對(duì)于纖維的回收大多采用物理粉碎、高溫?zé)峤庖约盎瘜W(xué)分解的方式進(jìn)行，往往對(duì)環(huán)境造成污染，成本高且很難實(shí)現(xiàn)纖維與基體材料的高效再利用[7]。因此，開發(fā)面向高性能復(fù)合材料零件的低成本高效成型制造與回收再利用工藝，成為推動(dòng)復(fù)合材料廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。

3D打印技術(shù)是一種新興的增材制造技術(shù)，區(qū)別于傳統(tǒng)的減材或等材加工制造方法，它采用層層累加的原理，每層按照特定的打印路徑鋪放材料最終累加成形三維零件[8]。目前，將3D打印技術(shù)應(yīng)用于纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料成為了一種新興的復(fù)合材料制造工藝。相比于傳統(tǒng)的成型工藝，3D打印工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，加工成本低，材料利用率高，降低了復(fù)合材料構(gòu)件的制造成本，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的一體化成形，無(wú)需模具與復(fù)合材料連接工藝，為輕質(zhì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的低成本快速制造提供了一個(gè)有效技術(shù)途徑。

本文對(duì)現(xiàn)有復(fù)合材料3D打印工藝及其應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行綜述分析，并首次提出了一種連續(xù)纖維增強(qiáng)的熱塑性復(fù)合材料3D打印新工藝，可實(shí)現(xiàn)高性能復(fù)合材料構(gòu)件的快速制造，通過(guò)對(duì)打印路徑調(diào)控，可精確控制每一層的纖維取向，獲得復(fù)合材料構(gòu)件的最大整體力學(xué)性能；利用連續(xù)纖維堆積成形的工藝特征，提出了連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料構(gòu)件的回收再制造策略，為實(shí)現(xiàn)熱塑性復(fù)合材料的高效回收利用提供了一個(gè)新方法。

纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料3D打印工藝現(xiàn)狀

3D打印工藝包含多種工藝方法，按照制造復(fù)合材料所采用基體材料的基本特征，可分為纖維增強(qiáng)熱固性樹脂復(fù)合材料3D打印、纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合材料3D打印兩類工藝。

1 纖維增強(qiáng)熱固性樹脂復(fù)合材料3D打印

目前，纖維增強(qiáng)熱固性樹脂復(fù)合材料3D打印主要包括分層實(shí)體制造（LOM）工藝、立體光固化（SL）工藝以及三維打?。?DP）工藝等。

1.1 纖維增強(qiáng)熱固性樹脂復(fù)合材料LOM工藝

利用LOM技術(shù)進(jìn)行纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制造，需預(yù)先將纖維/樹脂預(yù)浸絲束并排制成預(yù)浸帶，預(yù)浸條帶經(jīng)傳送帶送至工作臺(tái)，激光沿三維模型每個(gè)橫截面的輪廓線切割預(yù)浸帶，逐層疊加、固化，實(shí)現(xiàn)三維產(chǎn)品的制造。Donald Klosterman等人將連續(xù)玻璃纖維與環(huán)氧樹脂制備成的預(yù)浸條帶應(yīng)用于LOM打印成型三維實(shí)體零件，零件纖維與基體形成良好的界面性能，零件抗拉強(qiáng)度達(dá)到700MPa左右[9]。

1.2 纖維增強(qiáng)熱固性樹脂復(fù)合材料SL工藝

利用SL技術(shù)進(jìn)行纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料制造，成型過(guò)程中在試件中間層加入一層連續(xù)纖維編織布，在光敏聚合物發(fā)生聚合反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w過(guò)程中，將纖維布嵌入到樹脂基體中形成復(fù)合材料零件。Karalekas等人在光固化過(guò)程中將單層的非紡織布玻璃纖維嵌入到丙烯酸基光敏聚合物中光固化成型復(fù)合材料零件，零件的抗拉強(qiáng)度為55MPa，略高于純丙烯酸酯光固化件的37MPa[10]。

另一種是將短纖維混合在液態(tài)光敏樹脂中，經(jīng)紫外光掃描光敏樹脂發(fā)生固化反應(yīng)使短纖維與樹脂復(fù)合在一起形成復(fù)合材料。Cheah等人將短玻璃纖維與丙烯酸基光敏聚合物混合通過(guò)光固化成型復(fù)合材料零件，零件的抗拉強(qiáng)度提高33%，同時(shí)降低了后固化過(guò)程引起的收縮變形[11]。

1.3 纖維增強(qiáng)熱固性樹脂復(fù)合材料3DP工藝

美國(guó)哈佛大學(xué)研制了適用于3D打印的短切碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基“墨水”，利用3DP工藝進(jìn)行打印，再將打印好的部件進(jìn)行加熱固化成型試驗(yàn)，平均拉伸強(qiáng)度達(dá)到66MPa，拉伸模量達(dá)到24GPa。同時(shí)，研究者還通過(guò)控制噴嘴直徑和纖維的長(zhǎng)徑比，使墨水在擠出流和剪切力作用下產(chǎn)生取向，實(shí)現(xiàn)了墨水取向的控制，獲得了取向的纖維[12]。

2 纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合材料3D打印

現(xiàn)有纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合材料3D打印工藝主要包括選區(qū)激光燒結(jié)（SLS）、熔融沉積成形（FDM）等工藝方法。

2.1 纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合材料SLS工藝

SLS工藝采用激光按照一定的路徑燒結(jié)粉末材料，逐層累加實(shí)現(xiàn)三維零件的制造。采用將該工藝進(jìn)行復(fù)合材料零件的制造方法，通常采用短纖維為增強(qiáng)相，將短切纖維與熱塑性樹脂粉末混合制備成復(fù)合材料粉末，再將復(fù)合材料粉末燒結(jié)成復(fù)合材料實(shí)體零件[7]。德國(guó)EOS公司將碳纖維與PA-12通過(guò)物理混合的方式制備成復(fù)合材料粉末CarbonMide，作為SLS的原材料成功打印出復(fù)合材料零件并將其商業(yè)化[13]。Yan等人通過(guò)氧化改性對(duì)碳纖維進(jìn)行表面改性增加其與PA-12的界面結(jié)合性能，并通過(guò)化學(xué)沉降的方式制備成復(fù)合材料粉末，燒結(jié)成型的零件當(dāng)纖維含量達(dá)到50%時(shí)，抗彎強(qiáng)度達(dá)到115MPa左右，比純PA-12 SLS燒結(jié)件增加了114%，抗彎模量達(dá)到4.7GPa左右，增加了 243.4%[14]。

2.2 纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合材料FDM工藝

FDM工藝采用打印頭加熱熔融樹脂絲材，再按照一定路徑擠出堆積成型單層輪廓，最終層層累加成三維實(shí)體模型。將該工藝應(yīng)用于纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料3D打印主要通過(guò)3D打印頭擠出熔融樹脂基體以及增強(qiáng)纖維，將纖維與樹脂按照一定的路徑堆積成型[15]。根據(jù)纖維長(zhǎng)度的不同，該工藝可分為短纖維FDM工藝和連續(xù)纖維FDM工藝。

（1）短纖維增強(qiáng)絲材FDM工藝。

基于FDM工藝的短纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合材料3D打印工藝，通常利用熱塑性樹脂顆粒與短纖維為原材料，混合均勻后制備出短纖維增強(qiáng)絲材，然后將纖維復(fù)合材料絲材作為FDM工藝材料進(jìn)行打印[16]。美國(guó)橡樹嶺國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室將短碳纖維（0.2～0.4mm）與ABS塑料復(fù)合而成的材料作為熔融沉積工藝（FDM）的原材料，制造出來(lái)的試件中短纖維分布具有高度的同向性（達(dá)91.5%），并且與傳統(tǒng)的注塑復(fù)合材料相比，抗拉強(qiáng)度與抗拉模量分別提高了115%和700%[17]。美國(guó)Local Motors汽車公司在2014年3D打印了一輛汽車Strati，該汽車由40個(gè)部件組成，其中，13%～20%為碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料，80%～87%為ABS樹脂[18]。北京航空航天大學(xué)通過(guò)將短切玻璃纖維加入到ABS中，制備成短切玻纖增強(qiáng)ABS復(fù)合材料絲材，成功應(yīng)用于熔融沉積工藝（FDM），所制備的復(fù)合材料試件抗拉強(qiáng)度明顯高于純ABS 打印件[19]。

（2）連續(xù)纖維預(yù)浸絲束FDM工藝。

短纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合材料3D打印工藝發(fā)展較為成熟，但短纖維對(duì)試件的力學(xué)性能提升非常有限[20]。為提高纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合材料3D打印試件的力學(xué)性能，研究人員提出了連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料FDM工藝，目前對(duì)該工藝的研究仍處于起步階段。2014年，美國(guó)Mark Forged公司研發(fā)了連續(xù)碳纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合材料3D打印機(jī)Mark One，成功實(shí)現(xiàn)了連續(xù)纖維增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料的制造。該打印機(jī)采用兩個(gè)獨(dú)立噴頭；一個(gè)噴頭擠出熱塑性樹脂；另外一個(gè)輸送連續(xù)纖維預(yù)浸絲束，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件輪廓與內(nèi)部填充結(jié)構(gòu)的制造，以兼顧復(fù)合材料零件精度與性能[21]。2015年，東京理科大學(xué)的研發(fā)人員同樣采用連續(xù)纖維預(yù)浸絲束進(jìn)行連續(xù)碳纖維增強(qiáng)聚乳酸（PLA）復(fù)合材料的FDM工藝研究，當(dāng)纖維含量為6.6%時(shí)，所制備復(fù)合材料試樣的拉伸強(qiáng)度達(dá)到了200MPa，彈性模量達(dá)到20GMPa，相比采用FDM工藝制造的普通PLA試樣，強(qiáng)度和模量分別增加了6倍和4 倍[22]。

3 現(xiàn)狀分析

纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料3D打印技術(shù)為復(fù)合材料的低成本制造提供了可能性，在航空航天、新能源汽車等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景，同時(shí)復(fù)合材料的低成本制造還將進(jìn)一步擴(kuò)大纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用范圍。通過(guò)對(duì)研究現(xiàn)狀的分析，不難發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有熱固性樹脂基復(fù)合材料3D打印技術(shù)僅在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了打印，且熱固性樹脂基韌性差，耐沖擊性能差，尚未進(jìn)行應(yīng)用推廣。熱塑性樹脂基復(fù)合材料3D打印技術(shù)中目前只有短纖維打印工藝較為成熟，實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化推廣，但短纖維對(duì)于試件力學(xué)性能的提升非常有限，因此連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料3D打印技術(shù)成為了目前的研究前沿，有望實(shí)現(xiàn)高性能復(fù)合材料的低成本快速制造。然而，Mark Forged與東京理科大學(xué)所提出的工藝方法采用纖維預(yù)浸絲束為原材料實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料FDM制造，受限于預(yù)浸絲束類型的限制，很難適用于多種類型復(fù)合材料的制造，尤其是后者的3D打印工藝尚未見到系統(tǒng)的研究報(bào)告，工藝不成熟，零件精度低。同時(shí)，尚未涉及3D打印連續(xù)纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料回收再制造問(wèn)題。

為解決上述纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料3D打印工藝存在的問(wèn)題，本文提出一種基于FDM工藝的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合材料3D打印方法（CFRTPCs），利用連續(xù)碳纖維干絲與熱塑性基體材料聚乳酸為原材料進(jìn)行復(fù)合材料（CF/PLA）3D打印制造，開展了系統(tǒng)的工藝研究，優(yōu)化了工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了高性能復(fù)合材料構(gòu)件的制造，并對(duì)所制造復(fù)合材料的回收再制造策略進(jìn)行了初步探討。

連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料3D打印工藝

1 工藝原理與試驗(yàn)裝備

本文提出了一種連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合材料3D打印工藝（CFRTPCs），其原理如圖2所示[23]：以纖維干絲與熱塑性樹脂絲材為原材料，絲材通過(guò)送絲電機(jī)送入到3D打印頭中，在打印頭內(nèi)部加熱熔融，熔融樹脂在絲材推力作用下送入到噴嘴內(nèi)部。與此同時(shí)，連續(xù)纖維通過(guò)纖維導(dǎo)管送入到同一個(gè)3D打印頭內(nèi)，穿過(guò)整個(gè)打印頭在噴嘴內(nèi)部被熔融樹脂浸漬包覆形成復(fù)合絲材，浸漬后的復(fù)合絲材從噴嘴出口處擠出，隨后樹脂基體迅速冷卻固化粘附在工件上層，使得纖維能夠不斷地從噴嘴中拉出。同時(shí)，在計(jì)算機(jī)控制下，X-Y運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)根據(jù)截面輪廓與填充信息按照設(shè)定路徑帶動(dòng)打印頭運(yùn)動(dòng)，復(fù)合材料絲不斷從噴嘴中擠出堆積，形成單層實(shí)體；單層打印完成后，Z軸工作臺(tái)下降層厚距離，重復(fù)打印過(guò)程，實(shí)現(xiàn)三維連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料構(gòu)件的制造。該工藝的工作過(guò)程與FDM相似，不同點(diǎn)在于該工藝采用熱塑性樹脂與連續(xù)纖維為原材料，在打印頭內(nèi)部進(jìn)行熔融浸漬，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料制備與成形一體化，可用于該工藝的熱塑性樹脂包括PLA、ABS與PEEK等，連續(xù)纖維包括碳纖維、玻璃纖維等。

圖2 連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合材料3D打印工藝原理圖Fig.2 Schematic representation of 3D printing process for CFRTPCs

根據(jù)上述工作原理，實(shí)驗(yàn)室自主搭建了CFRTPCs實(shí)驗(yàn)臺(tái)（如圖3（a）所示）[24]，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)與控制系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的FDM桌面式打印臺(tái)，打印頭采用實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的專用復(fù)合材料打印頭（如圖3（b）所示）[24]，打印頭出口直徑為1.5mm。

圖3 連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料3D打?。–FRTPCs）實(shí)驗(yàn)臺(tái)及打印頭Fig.3 Experimental platform and printing head for CFRTPCs

2 工藝參數(shù)研究

采用圖3所示的試驗(yàn)裝備，以連續(xù)碳纖維、聚乳酸（PLA）絲材為原材料，進(jìn)行CF/PLA復(fù)合材料3D打印工藝的系統(tǒng)研究。溫度和壓力是復(fù)合材料制備過(guò)程中的關(guān)鍵工藝參數(shù)，對(duì)復(fù)合材料的性能起到了決定性的作用，因此，通過(guò)梳理各個(gè)工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合材料打印過(guò)程中對(duì)溫度和壓力的影響，以打印頭溫度（T，℃）、打印速度（F，mm/min）、分層厚度（Z，mm）、吐絲速度（E，mm/min）、掃描間距（X, mm）等作為復(fù)合材料打印工藝的關(guān)鍵參數(shù)，系統(tǒng)開展工藝研究。

研究結(jié)果表明，打印頭溫度T的變化對(duì)試件的力學(xué)性能影響較大。隨著打印溫度的升高，PLA絲材的熔融粘度降低，基體與纖維的浸潤(rùn)性能大幅度提升。打印頭溫度在210～230℃范圍時(shí)，纖維與基體的界面結(jié)合性能較好，PLA基體所受的外界載荷較好地傳遞到纖維上，增強(qiáng)效果顯著。打印速度F的變化對(duì)復(fù)合材料樣件的力學(xué)性能影響不大，但打印速度過(guò)大，會(huì)影響復(fù)合材料零件的成型精度，當(dāng)打印速度保持在100～200mm/min之間時(shí)，獲得了良好的打印效果。

復(fù)合材料制備過(guò)程中的壓力決定了基體與纖維束之間的浸潤(rùn)程度，在本文提出的復(fù)合材料3D打印工藝中，成型壓力主要體現(xiàn)在噴頭中的熔融浸漬壓力和打印過(guò)程中噴頭與基板之間的接觸壓力，壓力的大小影響著纖維與基體之間的浸漬程度，進(jìn)而決定了對(duì)復(fù)合材料制件的力學(xué)性能。與此同時(shí)，打印工藝參數(shù)同樣會(huì)影響復(fù)合材料構(gòu)件中的纖維含量，而纖維含量也是復(fù)合材料力學(xué)性能的決定性因素之一。

試驗(yàn)研究表明，分層厚度Z、掃描間距X、吐絲速度E的變化會(huì)同時(shí)影響復(fù)合材料構(gòu)件的纖維含量與接觸壓力，結(jié)果表明分層厚度Z、掃描間距X與纖維含量和接觸壓力都成負(fù)相關(guān)的關(guān)系，較小的分層厚度和掃描間距能夠同時(shí)提升工藝過(guò)程中的接觸壓力和制件中的碳纖維含量，綜合制件性能與制造精度及效率，選定分層厚度為0.5～0.6mm，掃描間距為0.6～1mm；而吐絲速度E與制件中的纖維含量成負(fù)相關(guān)，但與接觸壓力成正相關(guān)關(guān)系，復(fù)合材料制件的力學(xué)性能由這兩個(gè)因素共同決定，當(dāng)吐絲速度為80～100mm/min時(shí)，制件能夠獲得較好的力學(xué)性能。

利用上述推薦工藝參數(shù)，所制備復(fù)合材料制件的最高抗彎強(qiáng)度能夠達(dá)到335MPa，抗彎模量30GPa，平均抗拉強(qiáng)度達(dá)到220MPa，遠(yuǎn)高于3D打印的傳統(tǒng)PLA零件。采用本文提出的復(fù)合材料3D打印工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料制件的低成本快速制造，如圖4（a）所示的飛機(jī)垂直尾翼模型，圖4（b）所示的汽車殼體模型等。

3 3D打印復(fù)合材料回收再制造

連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料3D打印工藝是按照一定的打印路徑采用逐層累加的方式進(jìn)行打印的，復(fù)合材料中的纖維是按照連續(xù)有序的方式進(jìn)行排列的，基于該工藝原理，本文初步研究了CF/PLA零件的纖維回收再制造技術(shù)，如圖5（a）所示。該技術(shù)采用熱風(fēng)槍非接觸式加熱熔融的方式地沿著逆打印路徑將連續(xù)纖維從工件中一層一層抽離出來(lái)，通過(guò)模具重新成型為復(fù)合材料絲材（如圖5（b）所示），并再次用于連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制件的3D打印制造（如圖5（c）所示），可以很好地實(shí)現(xiàn)連續(xù)纖維的回收與復(fù)合材料再制造，最大化連續(xù)纖維的使用效率，同時(shí)降低對(duì)環(huán)境的二次污染。高性能復(fù)合材料的回收再制造技術(shù)在一些如空間環(huán)境等資源匱乏條件下顯得尤為重要，對(duì)于實(shí)現(xiàn)廢棄物的零排放回收再制造，突破空間環(huán)境資源缺乏的瓶頸，十分重要。復(fù)合材料回收再制造的相關(guān)研究仍在進(jìn)行中。

圖4 連續(xù)碳纖維增強(qiáng)PLA復(fù)合材料構(gòu)件模型Fig.4 PLA composites models by CFRTPCs

圖5 纖維回收再制造工藝過(guò)程及其回收復(fù)合材料絲材Fig.5 Recycling and remanufacturing processes for CFRTPCs

總結(jié)與展望

復(fù)合材料3D打印技術(shù)是復(fù)合材料制備、3D打印制造領(lǐng)域的交叉研究方向，是一種前沿應(yīng)用技術(shù)。本文通過(guò)對(duì)復(fù)合材料3D打印工藝研究進(jìn)展的綜述研究，系統(tǒng)分析了復(fù)合材料3D打印技術(shù)工藝與材料瓶頸，提出了連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料3D打印工藝，旨在實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料零件的低成本快速制造技術(shù)，通過(guò)工藝參數(shù)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)性能可控的復(fù)合材料制備、成形一體化，未來(lái)有望應(yīng)用于復(fù)合材料飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將大幅度提升飛行器結(jié)構(gòu)效率以及綜合性能，同時(shí)該技術(shù)還可能應(yīng)用于新能源汽車、空間3D打印等前沿領(lǐng)域，拓展復(fù)合材料應(yīng)用范圍；所提出的復(fù)合材料回收再制造技術(shù)，將突破傳統(tǒng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制造工藝?yán)砟?，真正?shí)現(xiàn)綠色、輕質(zhì)、高性能復(fù)合材料創(chuàng)新應(yīng)用。然而，作為一項(xiàng)前沿創(chuàng)新技術(shù)，連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料3D打印工藝仍然存在大量的關(guān)鍵問(wèn)題亟待解決，比如基體材料類型的擴(kuò)展，復(fù)合材料界面性能優(yōu)化，成形精度，復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)合材料零件的制造能力等。

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