基于材料挤出增材制造的PEEK螺旋二十四面体-BCC/FCC混合晶格结构性能表征与增强机制研究

本研究针对聚醚醚酮(PEEK)在航空航天轻量化部件中的应用需求，通过布尔运算设计出结合螺旋二十四面体(Gyroid)与面心立方(FCC)/体心立方(BCC)桁架的新型混合晶格结构。来自未知机构的研究人员采用材料挤出增材制造(MEAM)技术制备试样，通过压缩实验和体素网格有限元模拟揭示：Gyroid-FCC(GF)混合结构的比抗压强度与比模量分别提升19.4%和26.3%，扫描电镜显示桁架结构有效抑制层间缺陷。该研究为高性能聚合物MEAM应用提供了创新设计范式。

　　

聚醚醚酮(Polyether-ether-ketone, PEEK)作为一种高性能工程聚合物，具有显著的耐腐蚀性和耐高温特性。其优异的流变行为使其适用于材料挤出增材制造(Material Extrusion Additive Manufacturing, MEAM)技术，并能成型为螺旋二十四面体(Triply Periodic Minimal Surfaces, TPMS)等轻量化航空航天部件。为提升力学性能与比刚度，研究人员通过布尔运算设计出融合螺旋二十四面体(Gyroid)与面心立方(Face-Centered Cubic, FCC)/体心立方(Body-Centered Cubic, BCC)桁架结构的混合晶格，并采用MEAM技术制备试样。压缩实验量化了试样的力学性能，基于体素网格的有限元模拟则分析了混合结构的准静态力学行为。结果表明：混合晶格的质量归一化性能均优于标准Gyroid结构，其中Gyroid-FCC(GF)混合结构的比抗压强度与比弹性模量分别显著提高19.4%和26.3%。扫描电子显微镜表征进一步揭示，混合结构中附加的桁架有效抑制了层间缺陷，从而相比纯Gyroid结构展现出更优的损伤容限。该研究证明桁架结构的引入显著增强Gyroid性能，为PEEK的MEAM应用提供了创新设计范式，有望推动航空航天及汽车领域轻量化部件制造技术的发展。