综述：原位固化连续纤维增强热固性复合材料的三维打印技术

《Journal of Polymer Science》：In Situ Curing-Enabled 3D Printing of Continuous Fiber-Reinforced Thermosetting Composites

　　

连续纤维增强热固性复合材料（CFTCs）的增材制造（AM）正成为制备兼具优异力学性能的轻量化结构的快速、灵活且具有成本效益的定制化制造途径。CFTCs的原位三维打印将纤维铺放、浸渍与原位固化及压实集成于一体，减少了后处理工序并提升了可扩展性。尽管具备上述优势，可靠的打印仍需要有针对性的树脂设计，使其同时具备快速的聚合动力学与适宜流变特性，配合对固化功率与纤维润湿的精确控制，以及打印速度与固化速率的精细匹配。本综述梳理了三维打印CFTCs的前沿原位固化策略，涵盖辐射诱导固化、光热与电热固化以及前沿聚合（FP）。研究人员探讨了决定凝胶化、压实及悬空可打印性的潜在固化机制与工艺构型。本综述整合近期研究成果，阐明了调控三维打印CFTCs力学性能的关键因素，并阐释了不同策略如何优化界面质量、降低孔隙率、改善压实效果以及控制纤维体积分数与取向。文中还讨论了人工智能（AI）与数据辅助方法在早期过程监控、优化及性能预测中的作用。最后，概述了推进三维打印CFTCs力学可靠性、可扩展性与可持续性的关键挑战与未来方向。

引言部分首先阐述了制造业生命周期的快速演变，指出增材制造（AM）作为传统减材与成形技术的变革性替代方案，能够消除昂贵且限制几何形状的模具依赖，通过本地化按需制造降低成本并缩短供应链，同时实现传统方法难以企及的复杂拓扑优化几何设计自由度。尽管具备物流优势，三维打印聚合物的力学性能仍是关键瓶颈，当前工艺多采用纯聚合物或短纤维增强复合材料，其强度与刚度往往不及传统制造的结构件。为弥补这一性能差距，连续纤维增强技术日益受到关注，其为重载应用提供了沿增强方向的优异刚度与强度，实现了高效的载荷传递。虽然连续纤维三维打印长期依赖聚醚醚酮（PEEK）、尼龙等热塑性基体，但这类材料在极端环境下常缺乏所需的热稳定性与耐化学性，且因反复加热冷却导致层间熔合不足而产生各向异性弱点，同时高熔体黏度会限制纤维润湿并增加孔隙形成。相比之下，热固性体系可在打印界面形成共价化学交联，显著提升层间结合强度，环氧树脂与氰酸酯等热固性树脂已成为高性能结构应用的标杆材料，其具备更优的抗蠕变与耐热性能，且初始黏度低，相较于高黏度热塑性熔体更有利于纤维润湿。近期研究表明，连续纤维热固性复合材料（CFTCs）的增材制造所实现的刚度与强度特性，已超越短纤维热固性体系及连续纤维热塑性对应物。然而CFTCs的三维打印过程存在显著技术复杂性，不同于经历简单可逆相变的热塑性材料，热固性材料需要对时间依赖的固化过程进行精确控制。早期热固性材料在增材制造中的应用常局限于短纤维增强，未能充分发挥纤维的定向强度优势。近期创新引入了新型固化策略，如辐射诱导固化与热辅助固化，确保了沉积过程中的高分辨率与结构完整性；前沿聚合（FP）作为一种自维持机制，为CFTCs三维打印提供了快速、高能效的固化路径。尽管如此，制造速度、最终固化程度与稳健界面结合的协同优化仍是该领域的首要挑战。人工智能（AI）与数据辅助方法是CFTC三维打印过程监控、参数优化与性能预测中颇具前景但仍处于早期阶段的方向。本综述全面梳理了原位固化赋能的CFTCs三维打印技术现状，首先整理评估了辐射基、光热、电热及前沿聚合（FP）等原位固化打印路线，进而比较了各路线如何实现悬空制造，减少对支撑的依赖，同时保持悬垂结构与复杂三维构型的保真度。通过整合现有文献，阐明了影响原位固化打印CFTCs力学性能的关键因素：界面质量、孔隙含量与压实效果、纤维体积分数与取向，并总结了已报道的改进这些指标的常用策略。此外，讨论了AI与数据辅助方法在CFTC三维打印中的早期集成情况。最后，总结了持续存在的技术瓶颈，并提出了涉及可扩展加工、过程监控与控制改进，以及通过分离与设计可回收基体的高价值回收等未来方向，以加速工业应用。

原位固化方法部分系统总结了辐射诱导聚合、光热聚合、电热聚合与前缘聚合（FP）四类策略。辐射诱导聚合的核心在于液态前驱体的即时聚合，为连续纤维复合材料提供无需传统模具的打印强度与形状保持能力。丙烯酸酯基树脂凭借辐射诱导自由基反应的快速固化特性广泛应用于三维打印，代表性单体与低聚物包括聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）、氨酯二甲基丙烯酸酯（UDMA）、甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）等。自由基聚合包含引发、增长与终止三个阶段，光引发剂吸收光子能量产生活性自由基物种，进而引发丙烯酸酯双键聚合，反应在自由基或增长低聚物相互反应时终止。活化条件取决于光引发剂的化学结构与吸收特性，商用I型光引发剂如2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮（Irgacure 1173）与2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮（DMPA，Irgacure 651）主要在紫外区吸收，而氧化膦类光引发剂激发态能级更低，吸收向长波移动，适配近紫外或可见光光源。辐射固化环氧树脂通过阳离子机制聚合，与丙烯酸酯体系的自由基固化路径本质不同，同样应用于CFTCs三维打印。该类体系所用引发剂常被称为酸发生器，多为锍盐或碘鎓盐，由阳离子与阴离子组成并在引发过程中发挥不同作用：阳离子部分吸收入射辐射，阴离子衍生种最终形成触发聚合的强酸。辐射生成的酸首先对环氧基团质子化，随后质子化环氧开环并将正电荷转移至另一环氧基团，链增长通过重复开环步骤持续，直至单体耗尽、活性中心转移或反应终止。在装置设计层面，辐射模态（紫外或电子束EB）、固化区相对于沉积的位置（腔室式、喷嘴邻近式或压点式）以及纤维/树脂输送路径（预浸料或喷嘴内浸渍）是决定打印性与固化质量的关键变量，固化是否与加热和压实集成亦十分重要。随着领域发展，装置设计已从单纯在喷嘴附近布置紫外光源，转向将固化区战略性地置于主导加工瓶颈位置。早期的紫外基工艺框架采用预浸料制备与紫外辅助沉积的两段式流程，旨在改善沉积前纤维润湿并减少喷嘴内短停留时间的浸渍压力。后续研究通过将固化操作从喷嘴区域移至压点，即沉积、压实与层间接触同时发生的位置，实现了紫外辅助形状锁定与热压实促进界面接触和结合。另有研究开发了嵌入式激光固化架构，将纤维沉积于树脂表面下方并由上方扫描激光固化，通过引入磨碎玻璃纤维或光散射着色树脂增强紫外在连续纤维束周围的散射，实现更完整的周向基体固化，该构型解决了开放空气沉积中难以控制的丝束下垂与路径失稳问题。除紫外路线外，电子束（EB）辅助固化在固化深度成为限制因素时提供了独特的装置路径，可解决碳纤维复合材料中紫外穿透受限的问题，但电子束固化在初级转化阶段可能受笼效应限制，树脂玻璃化后反应迁移率下降，转化率放缓，常需二次热后固化，增加了工艺复杂性。总体而言，辐射诱导聚合的实验装置设计呈现出从紫外辅助丝束稳定到层间聚焦混合固化，再到环境辅助激光固化与电子束赋能体固化的演进趋势，核心并非单纯使用更强辐射源，而是以功能为中心的固化架构设计，使辐照、浸渍与压实针对主导加工挑战进行协同优化。

光热聚合部分指出，热固化环氧-胺体系广泛用于热固性复合材料制造并已应用于原位固化辅助三维打印，固化通过环氧树脂环氧基团与固化剂胺基的多步反应推进，初期以环氧-胺主反应为主进行链延伸，随着固化进行，环氧与仲胺反应生成交联位点，网络持续致密化，最终通过持续的环氧-胺反应（含叔胺形成）与羟基辅助醚化形成三维交联结构。除常规热固化外，部分研究采用光聚合与热聚合结合的双固化策略以实现原位三维打印，在紫外辐照下光引发剂二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦（TPO）引发丙烯酸酯类单体快速构建实现形状固定的初级聚合物网络，保留潜伏的异氰酸酯与环氧官能团，随后的红外激光加热步骤驱动次级交联：异氰酸酯基团发生环聚合形成热稳定的异氰脲酸酯环，同时GMA中的环氧基团发生开环聚合，该热阶段由甲基六氢邻苯二甲酸酐（MHHPA）与2-乙基-4-甲基咪唑（EMI）体系加速，EMI生成羧酸根阴离子促进开环、酯化与醚化的循环序列，最终形成致密热固性网络。对于CFTCs的光热聚合三维打印，核心装置挑战在于打印过程中热输入的局域化，树脂在浸渍与沉积阶段须保持可加工性，沉积后须快速固化以保持几何保真度。相关实验装置表明，光热区通常根据主导加工约束进行配置。有研究通过在机器人打印头上集成局域光热刺激，使沉积丝束在放置后立即刚性化，从而实现在现有表面甚至空中打印而无需工装或大量后固化，其系统围绕热响应双环戊二烯（DCPD）树脂构建，采用第二代格鲁布斯催化剂（Grubbs catalyst）与亚磷酸三丁酯抑制剂通过开环易位聚合（ROMP）固化，在沉积前提供实用加工窗口，同时保留加热后的快速固化能力。该装置未依赖完全自持的前缘聚合（FP）波，而是利用连续碳纤维本身作为光热转换介质，在单色蓝光激光辐照下快速吸光并在100至200毫秒内转化为热，将周围树脂温度提升至DCPD体系高效固化区间，通过外部控制的局域加热驱动固化，使工艺更具鲁棒性与空间可编程性。当该概念拓展至高模量陶瓷增强体如碳化硅（SiC）纤维时，由于强紫外屏蔽、脆性丝束处理与浸渍难度增加，仅靠沉积后即时刚性化已显不足，因此开发了六轴机器人平台上的同步双固化系统，在多功能打印头内集成405纳米紫外光源用于快速表面凝胶化与1080纳米红外激光用于辐射衰减区域的更深层次热固化。与碳纤维体系中局域加热主要用于锁定沉积丝束不同，该装置将固化直接与浸渍和压实耦合，打印头包含毛细管驱动浸润、辊压诱导压实与红外辅助润湿三阶段浸润路径，反映了装置逻辑的转变：瓶颈不再是单纯的沉积后几何稳定，而是在致密、紫外屏蔽的纤维束中同步实现完全浸渍、层间完整性与贯穿厚度固化。该系统的固化同样分阶段匹配更复杂的加工挑战，沉积期间紫外与红外发挥互补作用：紫外主要引发光聚合并固定丝束表面，红外提供光热加热促进紫外屏蔽区域的固化并改善树脂润湿，后续热后固化步骤进一步提升转化率并促进体相基体中更均匀的交联。通过这种集成方法，固化不再被视为沉积后的孤立事件，而是作为浸渍、压实、层间稳定与固化完成协同设计的组成部分，实现了15%至52%的纤维体积分数，同时降低了孔隙率并提升了陶瓷纤维增强热固性复合材料的刚度。

电热聚合部分指出，在环氧-胺热固化体系基础上，近期开始探索原位电热固化辅助CFTCs三维打印，其中电生热实现沉积过程中的局域、按需网络形成。与光驱动方法不同，焦耳加热可直接耦合至增强体或嵌入式加热器，使固化前沿随打印头移动并产生定向热场，促进沉积期间的快速压实。有研究开发了一种机器人电热打印平台，其一体化打印头集成了液体树脂喷嘴、碳纳米管（CNT）基焦耳加热器、导向杆与碳纤维卷轴，移动加热器产生局域热场，在约60摄氏度至150摄氏度的温度范围内促进毛细管驱动的树脂渗透并启动同一区域内的固化，有效芯吸与固化长度约为10毫米，树脂在约80秒内沿纤维束芯吸约10毫米，打印复合材料纤维体积分数可达58.6%，固化程度约95%。该装置的意义在于将浸渍与固化直接集成到移动的打印路径中，减少了树脂输送、压实与网络形成之间的分离。相关打印件结果表明，电热固化与丝束张力共同作用，产生了足够的刚度以稳定沉积丝束而无需辅助支撑。

前沿聚合（FP）部分介绍，FP是一种自维持过程，瞬态局域引发后，放热聚合反应沿热固性单体传播固化前沿。FP已应用于真空辅助树脂传递模塑、直接墨水书写及短纤维增强DCPD与环氧树脂复合材料的增材制造，同时为连续纤维增强热固性复合材料的快速、高能效三维打印提供了可行方法。环氧树脂的自由基诱导阳离子FP（RICFP）中，局域加热裂解热不稳定键产生自由基，进而参与活性路易斯酸种的形成，通过亲核组分相互作用实现环氧开环，随着前沿推进，自由基生成量远高于其他活性中间体，而整体聚合速率仍强烈受限于与亲核组分相关的可用性与反应性。双环戊二烯（DCPD）通常通过前沿开环易位聚合（FROMP）加工，采用热活化钌催化剂，兼具高能量密度、快速反应性与低初始黏度，适合高性能热固性制造。含亚磷酸酯抑制剂的DCPD体系在第二代格鲁布斯催化剂（GC2）存在下进行FROMP，聚合始于高应变降冰片烯双键开环，主要生成线性聚合物链，随后反应性较低的环戊烯单元发生反应，在这些线性链间引入交联，形成网络。通过调整抑制剂浓度，可将配方流变学调谐至宽范围，从低黏度液体到自支撑弹性凝胶，以适应前沿聚合辅助三维打印。有研究系统考察了自由基与热引发剂浓度对环氧体系前沿性能的影响，发现降低亲核引发剂（I-Al）浓度可有效降低前沿反应温度，而热引发剂（I-TI）对前沿传播行为的调节作用较弱。优化的前沿可固化环氧体系浸渍连续碳纤维束后，可通过单喷嘴或自改性同轴喷嘴打印以控制纤维/环氧比例，由120摄氏度柔性加热垫触发后，固化反应自发沿挤出丝束传播，实现计算机模型预设几何形状的原位固化。所得试样沿纤维方向表现出优异拉伸性能：48体积百分比纤维时达1.15吉帕，18体积百分比纤维时为0.42吉帕，横向约35.5兆帕。工艺能量分析表明，与传统需要数小时高温烘箱固化的路线相比，每年可节约约36亿千瓦时能源。DCPD的FROMP反应为CFTCs三维打印提供了另一类材料体系，近期研究的回收型DCPD FP体系通过在FROMP反应中引入螺缩醛单体（CM）与DCPD共聚，实现热固性基体降解，配合该可回收前沿可固化树脂，可通过调节连续碳纤维与树脂共挤出过程中的气压，在逐层沉积与空中打印模式间灵活切换。三维打印的DCPD基CFTCs表现出高达817兆帕的拉伸强度与超过160摄氏度的玻璃化转变温度，温和酸处理后回收的寡聚物可再聚合，回收碳纤维重复使用后仍能保留95%以上的拉伸强度。另有研究提出通过DCPD的FROMP实现CFTCs的反应挤出、压实与原位固化，首先将碳纤维束缠绕在直径1厘米的圆柱棒上形成均匀间距、重叠最少的线圈以促进一致纤维铺放，保持较低卷绕张力以便将丝束轻松滑离棒体并插入10毫升注射器筒，随后引入低黏度DCPD树脂，通过毛细管驱动润湿渗入碳纤维束，装置还设计了由弹簧支撑的一对加热辊以提供加热与压实压力。通过改变压实压力从0至5牛，前沿固化丝束的碳纤维体积分数从30体积百分比提升至39体积百分比，纵向弹性模量从61吉帕相应提升至87.4吉帕，不同压实压力下相当均匀的玻璃化转变温度进一步表明，高压实压力通过诱导均匀的纤维体积分数改善了模量。前沿固化对连续碳纤维复合材料的悬空三维打印尤为重要，其快速自持聚合可在沉积后立即提供稳定作用，促进形状保持与可建造性而无需外部支撑。例如，将含有I-Al/I-TI引发体系的环氧基前沿墨水装入储液器，通过不同规格喷嘴或同轴打印头控制树脂输送，匹配喷嘴速度与前缘反应速度即可实现连续自由形态打印，包括螺旋结构在内的悬空环氧基CFTCs得以实现，挤出树脂随反应前沿传播快速交联。纯树脂也可用于打印悬空螺旋与标志图案，红外热图清晰显示了前沿传播与液固转变过程。对于相同墨水组成，较低挤出压力产生更多黄色部件，对应于较低的前沿速度（V_f）与前沿温度（T_f），该趋势源于挤出压力改变丝束直径，进而改变表面积体积比，从而改变前沿固化过程中的热损失（热扩散）与反应放热平衡，确定了表面积体积比为2.75至3.35的实用打印窗口，对应于室温保存的墨水压差为5至7磅每平方英寸。DCPD基前沿固化体系同样体现了悬空打印概念，受空气中与基底上前缘聚合（FP）稳定性差异启发，开发了无支撑空中打印策略，打印从锚定在室温模块的起点开始，通过局域加热触发FP，一旦启动，自传播前沿保持稳定温度分布与前沿速度（V_f约1.63毫米每秒），与打印速度（V_p约1.60毫米每秒）紧密匹配，实现稳定的无支撑沉积。该方法已展示在空间相关制造场景中的通用性，包括基于DCPD-co-CM共聚物的逐层与自由形态热固性材料制造，以及p(DCPD-co-CM)树脂结构的无支撑空中打印，消除了对加热床的依赖，实现了具有复杂几何形状的连续碳纤维增强复合材料（c-CFRPs）的高保真打印，包括承重桁架与节点结构等结构要求较高的设计。不同原位固化方法受不同的材料-工艺权衡制约：紫外可固化丙烯酸酯体系可加工性强，快速光交联提供即时生坯强度与局域形状固定，但快速网络形成也会导致固化收缩、残余应力、脆性、孔隙形成与翘曲；环氧基体系提供更强的耐化学性、热稳定性以及与许多商用碳纤维上浆剂的更好相容性，但其较慢的固化动力学与黏度演变需要额外的热、阳离子、电子束或前沿固化策略以匹配打印时间尺度；DCPD基体系结合了低初始黏度与快速ROMP或前沿ROMP固化，对自由形态与高能效打印极具吸引力，但需要仔细控制催化剂抑制、热局域化、前沿稳定性以及打印速度与固化速率的同步。因此，原位固化策略的选择不仅仅由能量源决定，而是由树脂化学与纤维浸渍、压实和形状保持所需的固化架构相匹配来决定。

影响原位固化三维打印CFTCs力学性能的因素部分指出，其力学性能由耦合的加工与结构因素而非仅由组分选择决定。不同于传统预浸料基复合材料在相对均匀的热条件下完成压实与固化，原位打印热固性材料是在局域瞬态热或光下形成的，最终性能取决于树脂失去流动性前工艺能否实现充分浸渍、强纤维-基体结合、良好层间黏附、低孔隙含量与稳定纤维取向。在辐射诱导聚合、光热/电热聚合与前缘聚合（FP）路线中，三个因素始终决定打印CFTCs的力学性能：界面质量、孔隙含量与压实、纤维体积分数与取向，因此拉伸、弯曲与层间性能是评价原位固化CFTCs能力的核心基准。

界面质量部分分为层间界面与纤维-基体界面。层间界面方面，近期研究表明，当界面被有意设计而非被动形成时，结合强度得到改善。有研究引入紫外辅助层间策略，在环氧/纤维预浸料表面涂覆薄层紫外可固化树脂，旨在保留热固化环氧作为主要基体，同时利用层间促进聚合物扩散并在后续热固化期间在相邻环氧/纤维层压板之间形成互穿聚合物网络，直接解决了紫外辅助热固性打印的主要挑战之一——紫外辐射对碳纤维束的有限穿透。所得打印复合材料纤维体积分数达44.2体积百分比，拉伸强度1075.27±81.71兆帕，弯曲强度1209.50±128.06兆帕，层间剪切强度37.17±4.54兆帕，表明层间工程可大幅提升打印热固性层压板的整体集成度。光热双固化系统中也体现了类似原理，描述了打印过程中的三种协同润湿机制：毛细管驱动、压力驱动与热驱动。在该紫外-红外集成系统中，原位阶段形成的固化层被报道可稳定层间结构、保持几何保真度并改善界面结合，而热后固化进一步强化了聚合物结合网络。接触角测量显示树脂润湿角在约1.4秒内降至90度以下，表明温控黏度降低对改善纤维-树脂润湿与界面质量有直接作用。同一研究中，纤维束屏蔽紫外导致的垂直固化梯度被发现会损害界面强度与结构一致性，凸显了层间结合对沉积-固化窗口的敏感性。纤维-基体界面方面，其决定了连续丝束能否作为高效承载相，关键要求是充分的丝束润湿、足够的树脂渗透以及固化固定微结构前的压实。有研究通过反应挤出结合FP打印CFTCs，采用两个加热辊维持固化并压实丝束，将压实压力从0提升至5牛，纤维体积分数从29.7%增至39.2%，杨氏模量从60.6±3.4吉帕升至87.4±3.5吉帕，结果同时表明低黏度会导致树脂泄漏与干斑，而过高的黏度会阻碍充分的丝束压实，证明纤维-基体界面对浸渍窗口高度敏感。直接墨水书写热固性体系的研究也支持这一观点，将连续碳纤维引入氰酸酯/T-丙烯酸酯体系改善了弯曲性能，但仍观察到局部区域浸渍不完全，归因于悬浮液黏度相对较高以及挤出过程中致密堆积纤维束间的树脂渗透有限，同时在大多数区域观察到有效的纤维-基体结合，表现为失效过程中的纤维拔出与桥接。综合来看，原位固化热固性打印中的界面质量由润湿、浸渍、压实、层间接触与固化时机共同控制。对于连续纤维增强热固性复合材料的原位固化打印，纤维-基体黏附不仅受沉积期间润湿与浸渍的控制，还受可打印热固性基体与连续纤维束上浆层之间化学相容性的影响。上浆是纤维-基体界面相形成与性能的关键组分，影响纤维处理、润湿性、界面结合与复合材料力学性能，但许多商用连续纤维束的上浆化学是针对特定基体家族优化的，环氧相容性上浆在结构复合材料应用中很常见。当这些纤维直接与丙烯酸酯、DCPD、氰酸酯或其他紫外/热可固化非环氧可打印热固性材料结合时，上浆层可能无法与快速固化树脂网络提供最佳化学亲和力，这种不匹配在原位固化过程中会被放大，因为紫外、光热、电热或前沿固化会在足够的分子扩散或化学键形成之前迅速锁定界面。碳纤维、玻璃纤维与玄武岩纤维复合材料的研究表明，上浆化学与上浆水平会强烈影响界面剪切强度、界面相形成与复合材料力学性能，因此在上浆-基体不匹配的原位固化连续纤维热固性打印中，可能会削弱界面应力传递，促进纤维拔出或脱粘，降低层间强度，并导致实测性能与理想混合律预测之间的偏差。纤维上浆相容性应被视为可打印热固性CFTC系统的关键材料设计变量，而非次要加工细节。

孔隙含量与压实部分指出，除了界面质量，原位固化三维打印CFTCs的力学性能还强烈受孔隙含量与压实效果影响。即使固化充分，压实不良也会留下富树脂区、层间孔隙、微裂纹或干斑，从而降低打印复合材料的结构效率。固化收缩是另一个直接影响压实与缺陷形成的材料驱动因素，在连续纤维热固性打印中，收缩不仅是体相树脂属性，还可能发生在富基体区域、纤维-基体界面以及沉积丝束之间。有研究表明，在估算双固化连续碳纤维热固性打印的基体密度、纤维体积分数与孔隙率时应考虑树脂收缩，这很重要，因为收缩引起的体积损失会扩大截留的界面空气并产生孔隙或表面沟壑，降低打印复合材料的结构效率。近期研究还表明，收缩与残余应力也会在层压板尺度上表现为薄壁增材制造连续纤维热固性复合材料的翘曲，沉积纤维方向与厚度方向微观结构不均匀性会强烈影响面外变形，说明收缩将材料化学与工艺诱导缺陷及尺寸保真度联系起来。近期工作还表明孔隙形态与位置同样重要，不仅仅是总孔隙率。有研究报道光辅助打印单向复合材料总体孔隙率为5.5%，纤维体积分数15.7%±0.43%，孔隙分析识别出大量不规则圆柱形丝束内孔隙，其主导拉伸性能，而小的球形丝束间孔隙主导层间剪切强度，打印试样拉伸强度390±22兆帕，层间强度38±1.7兆帕，作者指出通过改善聚合物树脂在纤维内的浸渍可进一步提升拉伸强度，该结果表明总孔隙率不能完全解释力学性能。加工条件对压实的影响在光热双固化工作中尤为明显：恒定速度11毫米每秒下，孔隙率从层厚0.3毫米时的13.6%降至0.45毫米时的9.2%与0.6毫米时的8.1%，整体最小孔隙率3.4%出现在0.6毫米与5毫米每秒条件下。截面观察进一步显示，0.3毫米时存在严重的层间孔隙与微裂纹，而0.6毫米时界面变得连续，孔隙尺寸与数量显著减少。这些结构差异直接反映在动态力学行为中：0.3毫米时，储能模量随速度增加从10吉帕降至2吉帕，而0.6毫米时仅在8.4至6.9吉帕间变化，无明显层间分层或脱粘。除打印速度与层厚外，压实压力是控制压实的主要因素。有研究表明，将压实压力从0提升至5牛，挤出丝束的横截面从更圆的几何形状变为更矩形，同时减少了富树脂区域并缓解了滞留空气造成的孔隙，纤维体积分数从29.7%增至39.2%，纵向弹性模量从60.6±3.4吉帕升至87.4±3.5吉帕，低压还会在丝束中心附近产生更大的单纤维间距与更明显的富树脂区，表明浸润不均匀。同一研究进一步证明，良好的压实可以在结构层面实现，在前沿聚合管状试样中，双层管的纤维体积分数可达45.4%，单层管可达52.3%，相应的孔隙率低至1.18%与1.10%。因此结论是，通过控制工艺变量可获得更高的纤维体积分数与更少的孔隙，从而制造出具有更高比刚度的结构CFTCs。前沿直接墨水书写（FP-DIW）工作也强调了卓越的力学性能不仅依赖于提高纤维体积分数，还依赖于最小化孔隙的存在，扫描电镜观察表明预浸渍连续碳纤维有助于消除现有孔隙，进而提升力学性能。综合来看，原位固化CFTCs的良好压实需要在打印结构被固化固定之前实现充分的树脂重分布、丝束压实与缺陷抑制，仅有低孔隙率是不够的，解释拉伸与层间性能时还必须考虑剩余缺陷的位置与形态。

纤维体积分数与取向部分指出，原位固化三维打印CFTCs的力学性能还强烈依赖于纤维体积分数与纤维取向。在综述涵盖的研究中，这两个变量常被用来解释拉伸强度、杨氏模量、弯曲响应与整体结构性能的差异。一般而言，增加纤维体积分数可提升连续纤维的增强贡献，但前提是纤维保持高度取向、致密堆积并得到充分浸渍。早期紫外辅助热固性打印展示了低纤维体积分数的局限性，平均纤维体积分数为6.9%（东丽纤维）与7.1%（帝人纤维），帝人体系平均拉伸模量19.13吉帕，弯曲模量约10吉帕，表明即使在低负载下连续纤维也能改善刚度，但也凸显了纤维含量远低于结构复合材料时的有限力学性能。更新的原位固化路线大幅提升了可及的纤维体积分数。前沿直接墨水书写打印CFTCs中，拉伸强度与杨氏模量随纤维含量系统性增加：14.9体积百分比碳纤维时，拉伸强度363兆帕，杨氏模量25吉帕；纤维体积分数增至30.4体积百分比时，拉伸强度升至731兆帕，杨氏模量43吉帕；预浸渍12k连续碳纤维/pDCPD复合材料的拉伸强度达817兆帕，杨氏模量44吉帕。类似地，有研究实现了44.2体积百分比的纤维体积分数，拉伸强度1075.27±81.71兆帕，弯曲模量68.01±12.79吉帕，表明当较高纤维含量与致密结构及有效加工相结合时可实现高力学性能。一个特别重要的高性能基准研究显示，采用T-1100碳纤维与高温热固性丙烯酸基体，打印复合材料纤维体积分数达41.5%，纵向拉伸模量122吉帕，拉伸强度1599兆帕，代表了增材制造连续纤维复合材料的最高报道力学性能之一。除报告高强度与高刚度外，该研究的重要意义在于将力学效率与微观结构特征联系起来，特别是纤维堆积与纤维-纤维接触面积，通过将纤维-纤维接触面积纳入修正的混合律分析，使实验结果更接近模型预测，表明增材制造CFTCs的力学性能不仅由名义纤维体积分数决定，还受丝束压实、纤维-纤维接触、缺陷密度与有效载荷传递的影响。前沿聚合路线中也体现了纤维体积分数与刚度的相同关系，增加压实压力将纤维体积分数从约30体积百分比提升至约39体积百分比，杨氏模量从约61吉帕增至87.4吉帕，随着丝束压实度提高，实测模量更接近混合律预测，作者将剩余差异主要归因于挤出丝束内的不均匀性与少量纤维取向偏差，并进一步指出较低的纤维密度会增加取向偏差的概率。纤维取向的重要性在另一项研究中得到更直接强调，其描述的打印复合材料中碳纤维在聚合物基体内高度取向且致密堆积，沿纤维方向表现出优异的拉伸性能，失效分析显示广泛的纤维断裂，被解释为基体向纤维有效传递载荷的证据，呈现拉伸下的纤维主导失效模式。相反，有研究指出纤维取向偏差会导致纤维波动与加载方向的刚度损失，并将取向偏差列为计算弹性模量与实测值差距的原因之一。这些观察证实取向是决定连续纤维对打印件贡献程度的关键因素。研究同时表明，增加纤维体积分数可能引入竞争效应，较薄的层厚可实现更高的纤维含量，但在高打印速度下，该条件也会促进孔隙率、界面缺陷与界面分层，因此建议对于0.45毫米及以下的高纤维含量层厚，优选低于8毫米每秒的打印速度以确保界面质量。因此，最佳纤维体积分数受加工窗口而非仅纤维负载的限制。除纤维体积分数、纤维堆积与取向外，程序化纤维轨迹是另一个决定三维打印CFTCs力学性能的重要因素。由于连续纤维主要沿轴向承载，切片策略与刀具路径设计直接影响局部纤维取向、纤维连续性、曲率、丝束变形以及与施加应力场的对齐。这对热固性CFTC打印尤为重要，因为纤维路径必须与几何要求、树脂流变学、固化动力学、凝胶化及丝束间结合协同协调。有研究开发了一种连续纤维增强热固性复合材料的直接墨水书写打印头，高黏度热固性墨水对连续纤维束施加剪切应力，使纤维挤出而无需沉积丝束立即固化，允许使用热固化与紫外固化热固性基体沿预设刀具路径沉积连续纤维。对于热固化系统，打印复合材料随后经热后固化形成共价键合界面，而紫外固化系统可实现快速形状固定与悬空打印，该工作表明在热固性CFTC打印中，路径规划应与打印头设计、树脂黏度、纤维润湿及固化策略一同考虑，因为这些因素共同决定设计的纤维轨迹能否被准确沉积并发挥力学效能。未来的热固性专用切片与路径规划策略应将纤维轨迹设计与固化发展、树脂流动、凝胶化、收缩、热或光输送及压实要求耦合，这对于改善纤维取向、减少弱交叉点、保持几何保真度以及在原位固化CFTC打印中实现力学高效承载结构至关重要。

人工智能（AI）集成三维打印CFTCs部分指出，确保连续纤维增强热固性材料的一致质量具有内在挑战性，源于随机的环境波动与固化过程的多物理场复杂性。依赖传统人工监控不仅因过程的高速特性而不便，且经济效率低，常导致废品率上升与材料浪费，这些限制凸显了向未来自主、数据驱动控制系统转变的必要性。集成AI算法通过增强缺陷检测、原位过程监控与实时自适应控制应对这些挑战，除稳定打印外，机器学习还可作为传统本构建模的高速替代方案，绕过低效的自下而上多尺度拓扑优化与繁琐实验负担，实现显著更高效的设计迭代。近期大量工作致力于将AI集成到连续纤维增强热塑性复合材料的工艺参数控制中，相比之下，热固性树脂的探索相对较少，原因是建模其不可逆化学转化的固有难度，这种复杂性源于放热反应动力学、固化程度（DoC）进展与化学收缩的相互交织，因此控制系统必须动态解读固化程度与内部产热，这些变量在数学上非线性且在实时中难以管理。在此背景下，连续纤维增强热固性打印中的AI集成正从离线参数-性能模型转向状态感知控制，