具有可调形状记忆和机械性能的3D打印泡沫填充PLA/PCL晶格结构的研究与制造

《Polymer Engineering & Science》：Development and Fabrication of 3D-Printed Foam-Filled PLA/PCL Lattice Structures With Tunable Shape Memory and Mechanical Performance

泡沫填充PLA/PCL多孔结构通过FDM制备，实现力学强度与热形状记忆的协同调控。研究表明，六边形高填充密度（20%）结构抗弯强度提升最显著，同时热记忆保持率超91%，恢复速度与密度成反比，网格结构约束恢复能力。泡沫核心增强能量吸收与阻尼性能，适用于可重复使用防护装备和热响应自适应系统。

　　

摘要

本研究介绍了通过熔融沉积建模（FDM）技术制备的填充泡沫的聚乳酸（PLA）/聚己内酯（PCL）晶格结构，以实现可调的机械强度和热形状记忆性能。研究了三种晶格几何形状（六边形、三角形、网格），分别以0%、10%和20%的填充密度进行制备，随后用聚氨酯（PUR）泡沫填充。打印出的晶格结构提供了几何稳定性，而泡沫核心则增强了减震性能、能量吸收能力和恢复性能。机械测试表明，较高的填充密度，尤其是六边形图案，通过改善泡沫的约束作用和载荷传递能力，显著提高了弯曲强度和抗冲击性。形状记忆测试显示，固定比率始终较高（>91%），但恢复比率介于33%到89%之间；低密度材料由于基体流动性更强，表现出更快速、更完全的恢复。聚氨酯泡沫起到了被动稳定的作用，在开放结构中有助于恢复过程，但在密集设计中则对其恢复性能有所限制。研究结果表明，通过精确调整晶格几何形状和填充密度，可以设计出轻质、多功能的复合材料，适用于可重复使用的防护装备、吸能组件以及热响应自适应系统。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。