基于多目标优化与帕累托分析的增材制造部件抗拉-抗裂性能协同提升研究

研究人员通过实验与统计方法，系统研究了3D打印参数与PLA部件力学性能（包括屈服/极限强度、弹性模量、断裂伸长率、韧性）和断裂抗力指标（应力强度因子KIc、断裂能GIf、裂纹张口位移CMOD）的关联规律。发现填充密度对强度指标影响显著，栅格角度主导断裂能参数，并首次提出两组优化参数组合，通过多目标优化使性能提升30%-180%。该研究为功能性生物医用植入体的力学性能定制提供了新策略。

　　

这项突破性研究揭示了3D打印聚乳酸(PLA)部件力学性能的调控密码。通过精准调控填充密度(60%最佳)、喷头温度(200-220°C)、栅格角度(+45/-45或0/90)和层厚(0.1-0.2mm)等关键参数，研究人员如同"材料裁缝"般实现了力学性能的定制化提升。特别有趣的是，断裂韧性(K_Ic)和断裂能(G_If)这对"孪生指标"竟分别被层厚和栅格角度这两个不同参数主导，就像DNA双螺旋结构般展现出精妙的参数耦合效应。通过帕累托前沿分析，研究者成功破解了强度-韧性此消彼长的传统困局，使材料性能实现30%-180%的跨越式提升，这为可降解骨钉等医用植入体的性能优化提供了全新方法论。