电气工程与电子技术学报

具有可调负泊松比的 3D 打印连续短碳纤维增强复合超材料

陈远

目前，超材料因其广泛的应用而受到越来越多的关注，例如智能材料、梯度材料、形状记忆合金、生物材料等。本研究开发了一种与 3D 打印相结合的计算设计方法，使连续和短碳纤维增强复合超材料具有负泊松比。首先，采用结合基于均质化的拓扑优化和纤维放置方法的多学科技术设计连续碳纤维 (CCF) 复合材料，以确定采用熔融长丝制造的 3D 打印装置。其次，制造并测试由纯聚酰胺 (PA)、短碳纤维增强 PA (SCF/PA) 和 CCF 增强 PA (CCF/PA) 制成的样品以进行比较评估。最后，研究了碳纤维增强的效果，结果表明添加少量 CCF（vol% = 0.23）可以将 PA 超材料的负泊松比从 -0.24 提高到 -0.34。然而，其他较大的 CCF 体积分数会降低负泊松比