碳纤维长度与打印速度对3D打印聚乳酸复合材料力学性能的协同调控机制

【编辑推荐】研究人员针对碳纤维(CF)增强聚乳酸(PLA)复合材料力学性能优化难题，通过调控CF长度(44μm vs 183μm)与打印速度(250mm/s)，发现短纤维体系凭借更优的分散性、更低孔隙率及更强界面结合力，使拉伸强度(54.57MPa)、模量(1432.55MPa)和抗冲击性(9.14KJ/m2)显著提升，高速打印还促进层间融合与纤维取向，获得45.23MPa层间剪切强度，为高性能3D打印生物材料开发提供新策略。

　　

这项研究揭示了碳纤维(CF)长度与3D打印速度对聚乳酸(PLA)复合材料力学性能的协同作用。实验数据颠覆传统认知——含44μm短CF的复合材料展现出惊人的54.57MPa拉伸强度、1432.55MPa弹性模量和9.14KJ/m²冲击韧性，全面碾压183μm长纤维体系。微观机制研究表明，短纤维更易均匀分散，形成致密无缺陷的微观结构，其与PLA基体的界面结合强度显著提升。当打印速度飙升至250mm/s时，熔融沉积成型过程产生"纤维定向排列效应"，层间剪切强度达到45.23MPa。动态机械热分析(DMA)进一步证实，短纤维复合材料具有更高的储能模量和更优异的阻尼特性，这种"刚柔并济"的特性使其在骨科植入物等生物医学领域极具应用潜力。