连续碳纤维增强复合材料（CCFRC）具有出色的力学性能，包括高比强度和高刚度，使其在航空航天应用中不可或缺[[1], [2], [3], [4]]。随着制造技术的进步，它们的使用已从次要承重结构扩展到主要承重结构[5,6]。然而，传统的复合材料制造技术（如高压釜和压缩成型）在制造复杂结构方面存在局限性，导致生产周期延长和成本增加[[7], [8], [9], [10], [11]]。相比之下，3D打印在制造复杂几何形状方面具有更强的能力[[12], [13], [14], [15], [16], [17]]，并且可以设计出针对特定载荷条件的高性能结构[18,19]。它还能够精确控制纤维方向，从而利用CCFRC的各向异性特性来最小化材料浪费并提高力学性能[[20], [21], [22], [23], [24]]。
目前，熔融长丝制造（FFF）是打印CCFRC最常用的方法。在此过程中，通常使用单通道喷嘴一次沉积一根预浸丝，打印速度相对较低[25,26]，导致制造效率有限。提高打印效率的主要方法包括提高打印速度——从而增加单位时间内沉积的材料体积，以及增加层高和缝隙间距以提高组件的尺寸堆积速率[[27], [28], [29], [30], [31], [32], [33], [34], [35], [36], [37]]。Chen等人[27]研究了打印速度对力学性能和打印精度的影响。他们的研究表明，较高的打印速度会减少预浸丝在喷嘴内的停留时间，导致纤维重新浸渍不足和PLA基体的熔化不完全。这些因素导致界面结合不良、力学性能下降以及边缘处纤维错位，从而影响了尺寸精度[29]。由于尺寸精度和力学性能之间存在固有的权衡，实际应用中仍广泛采用相对较低的打印速度（通常在60到600毫米/分钟之间[32,33]。Tian等人[28]证明，在打印连续纤维增强PLA复合材料时增加层高和丝间距会导致界面结合减弱和孔隙率增加，这显著降低了弯曲性能，后续研究也支持了这一结论[30,35]。Zhang等人[35]进一步观察到，虽然适度增加层高可以提高尺寸精度，但同时会导致表面质量下降。为了解决这些问题，一些研究人员研究了在增材制造过程中加入辅助加热的方法，这可以通过促进分子链扩散来改善层间和层内的结合[31,34,36,37]。Li等人[36,37]开发了一种微波加热辅助的3D打印技术，可以实现快速和局部的温度控制，从而允许更高的打印速度而不影响力学性能。然而，这种方法也引入了新的挑战，包括打印过程中纤维断裂、波浪形和转弯区域的重叠。
增加丝径（即每根丝中的纤维数量）和预浸丝的数量是一种直观有效的提高打印效率的策略。尽管使用较大的预浸丝可以显著提高生产效率，但往往会牺牲尺寸精度并限制打印部件的几何复杂性。Matsuzaki等人[38]比较了使用1K、4K和8K连续纤维增强预浸丝的圆形路径打印精度，发现较大的预浸丝尺寸会导致几何精度降低和纤维扭曲增加。多材料多喷嘴3D打印技术在优化力学性能和制造效率之间的权衡方面具有巨大潜力。Cheng等人[39]提出了一种双喷嘴打印方法，能够在保持力学性能的同时制造出钻石晶格结构，并提高了生产效率。Ueda等人[40]开发了一种带有压缩滚轮的3D打印机，可以同时喂送四根3K预浸丝并施加压力。这种方法使生产吞吐量提高了四倍，达到了高达13571.7毫米3?h?1的体积沉积速率。然而，使用具有半圆形表面凹槽的压缩滚轮进行纤维方向控制会导致表面光洁度略有不均匀，并影响整体外观质量。
虽然优化打印参数或使用较大的预浸丝尺寸可以在一定程度上提高效率，但这些方法往往会影响力学性能和尺寸精度。特别是，使用较大的预浸丝会显著降低尺寸精度，特别是在转弯区域，并加剧纤维扭曲等缺陷。因此，迫切需要创新的3D打印策略，能够在不牺牲力学性能或几何保真度的情况下提高生产效率。
在本研究中，开发了一种新的三丝共沉积策略来制造CCFRC，使用了一个定制的可旋转打印头，能够同时挤出多根细直径丝，并可调节丝间距。采用这种方法，1K三丝打印的体积沉积速率达到了7129.4毫米3?h?1，3K三丝打印的体积沉积速率达到了21986.1毫米3?h?1
