连续碳纤维增强复合材料3D打印喷头设计与实验分析

以“独立挤出”型连续碳纤维增强PLA复合材料(continuous carbon fiber reinforced PLA composite, CCFRC/PLA)3D打印制件为研究对象，设计了柔性的连续碳纤维增强PLA复合材料丝(continuous carbon fiber reinforced composite filament/PLA, CCFRCF/PLA)送丝机构，研究了打印喷嘴直径与CCFRCF/PLA直径、表面包裹树脂膨胀特性及打印层高的关系，探讨了喷嘴端面直径对打印表面热辐射的影响规律，推导了喷嘴直径的计算公式，求解了最佳喷嘴直径和最佳端面直径。基于设计的打印喷头，采用仿真分析与实验验证的方法，探索了打印层高与制件力学性能之间的关系，结果表明CCFRC/PLA的抗拉强度与纤维层数呈正相关，并验证了层合板预测模型的有效性，获得了打印层高0.1 mm时CCFRC/PLA抗拉强度的修正系数为0.039，打印层高0.2 mm时，修正系数为0.124，为连续碳纤维增强复合材料3D打印技术的发展提供了理论基础和参考价值。