供稿人：康友偉、田小永 供稿單位：西安交通大學機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室 發(fā)布日期：2021-06-28
晶格桁架夾層結構（LTSS）是由外表面的兩個面片和內部陣列分布的桁架夾芯組成的，具有比強度和比剛度高的特點，以及優(yōu)異的主動冷卻、能量吸收和微波吸收等性能，在汽車和航空航天工業(yè)中得到了廣泛的應用。LTSS可以由不同材料制得，包括金屬、陶瓷、聚合物和復合材料，金屬和陶瓷較重，聚合物材料力學性能較差，因此纖維增強復合材料得到了越來越多的關注。傳統(tǒng)的LTSS制造技術需要復雜的模具和較長的加工時間，而浙江大學的研究團隊提出了一種將FDM打印技術和懸掛3D打印相結合的新型雙噴頭打印方法，利用連續(xù)碳纖維增強熱塑性復合材料制造LTSS，克服了傳統(tǒng)技術的不足，同時還利用碳纖維的電學性能，實現了智能監(jiān)測。
具體的制造方法見圖1，研究人員設計了一種新型的雙噴頭3D打印系統(tǒng)，打印頭1利用純材料，打印LTSS的兩個面片，打印頭2利用連續(xù)碳纖維增強熱塑性復合材料，打印LTSS的桁架夾芯。其中打印桁架夾芯是重難點，研究人員將打印路徑分為四個階段，分別調整樹脂與纖維的比例、運動停留時間、路徑修正方法等，以實現良好的打印效果。
圖1 制造方法示意圖：（a）LTSS的制作流程，（b）桁架夾芯的制作流程
研究人員還做了LTSS的力學性能和基于電阻的自監(jiān)測性能的實驗，分析不同桁架傾角的性能差異。從打印角度、桁架支柱直徑、桁架高度三個方面評估了打印精度，通過應力-應變曲線分析了LTSS的力學性能，通過如圖2所示的試件，測試了電阻隨應力的變化關系，結果顯示電阻對應力的響應是一致的和可重復的，表明所制造的LTSS具有應力動態(tài)自監(jiān)測能力。
圖2 試件準備：（a）制作的LTSS試件，（b）LTSS自監(jiān)測電阻測量示意圖