蛋壳粉增强PLA复合丝材开发及其TPMS结构在可持续制造中的性能表征

本综述聚焦于利用熔丝制造（FFF）技术开发蛋壳源碳酸钙（CaCO3）增强聚乳酸（PLA）的可持续生物复合材料，系统阐述了其三周期极小曲面（TPMS）与功能梯度TPMS（FG-TPMS）结构在压缩强度、刚度及能量吸收性能方面的突破。研究表明15 wt%蛋壳-PLA复合结构具备轻量化、高能量吸收特性，为汽车防撞件、航空航天部件及骨支架等生物医学植入物提供了绿色材料解决方案。

　　

亮点

本研究成功开发了蛋壳衍生碳酸钙（CaCO₃）增强聚乳酸（PLA）的可持续生物复合丝材，适用于熔丝制造（FFF）增材制造技术。通过掺入15 wt%的蛋壳粉，显著提升了打印结构的力学性能。对TPMS和FG-TPMS结构的压缩测试揭示了拓扑结构驱动的独特响应：Lidinoid晶格表现出最高的极限载荷承载能力，而Gyroid结构则展现出最优的能量吸收特性。功能梯度设计通过逐步变形机制进一步优化了能量管理性能。这些发现凸显了蛋壳-PLA复合材料在轻量化、高性能应用方面的潜力，特别是在汽车防撞吸能器、航空航天内饰部件以及骨支架等生物医学植入物领域。

结论

本研究证实，蛋壳衍生的碳酸钙（CaCO₃）能有效增强PLA，生产出适用于FFF技术增材制造的可持续生物复合丝材。15 wt%蛋壳粉的掺入被确定为最优比例，显著提升了打印结构的力学性能。对TPMS和FG-TPMS结构的压缩测试表明，拓扑结构驱动了不同的响应行为：Lidinoid晶格具有最高的极限承载力，而Gyroid结构则表现出最优的能量吸收特性。功能梯度设计通过渐进变形机制进一步优化了能量管理性能。该研究为开发具有增强力学性能的环境友好型复合材料提供了重要见解，为现代高科技制造工艺的可持续发展开辟了新途径。

作者贡献声明

Kishore Ravikumar： 撰写-审阅和编辑、初稿撰写、方法论、研究调查、形式分析、概念化。

Gurusamy Pathinettampadian： 监督指导、资源提供、研究调查、形式分析。

Murugan Vellaisamy： 撰写-审阅和编辑、初稿撰写、方法论。

Lokesh kumar J： 撰写-审阅和编辑、初稿撰写。

资金支持

本研究未收到任何来自公共、商业或非营利领域资助机构的特定拨款。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本研究报告的已知竞争性财务利益或个人关系。