[发明专利]负泊松比蜂窝型复合吸能材料的3D打印方法及应用

说明书

本发明涉及一种负泊松比‑蜂窝型复合吸能材料的3D打印方法，包括以下步骤：基层结构设置过程，在打印模型中设置每层中的内折六边形负泊松比区域和蜂窝状结构区域，其中内折六边形负泊松比区域开设有呈行排列的内折六边形镂空重复单元，且其相邻的两个内折边间的夹角α'＝225‑245°，其中蜂窝状结构区域开设有呈行排列的六边形镂空重复单元，且其相邻两条侧边的夹角α＝115‑135°；打印机设置过程；打印选材过程，打印材料选材为尼龙或PC高分子打印丝；打印过程。与现有技术相比，本发明将负泊松比‑蜂窝型两种结构复合到一起，并将尼龙或PC等复合吸能材料应用于蜂窝结构材料的性能改进中，显著的提升了现有蜂窝材料的吸能性能。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其是涉及一种负泊松比-蜂窝型复合吸能材料的3D打印方法及应用。

背景技术

蜂窝结构材料具有许多优越的性能，从力学角度分析，封闭的六角等边蜂窝结构相比其他结构，能以最少的材料获得最好的力学性能，而蜂窝结构板受垂直于板面的载荷时，它的弯曲刚度与同材料、同厚度的实心板相差无几，甚至更高，但其重量却轻70～90％，而且不易变形、不易断裂、并具有减震、隔音、隔热等众多优点集一身。

以上两种材料在当前制备过程中均需要通过模压等简练制备方法来生产，由于蜂窝空隙的结构特殊性，使得本类材料的生产成本高，产品良率低，同时因为模压过程中需要设计大型的专用模具，但对于该种材料在开模过程中难度较大。而且蜂窝结构材料在实际的工程应用中还存在着刚性不足的缺陷，但要改善该种缺陷就需要在现有的蜂窝结构材料中加入新的刚性结构单元，新结构的开发和生产受到模具设计的限制而无法实现。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种负泊松比蜂窝型短纤维复合高强材料的3D打印方法及应用，打破了现有技术中模具设计对于蜂窝结构材料进一步结构改进的限制，在本发明中直接将尼龙或PC等短纤维复合高强材料应用于蜂窝结构材料的性能改进中，构成了“负泊松比-蜂窝型”复合吸能结构，该复合结构为内折六边形负泊松比结构与蜂窝型结构的层状方式复合，系平面二维拉伸后得到的三维结构，该结构主要包含4大特征：具有蜂窝状结构区域、内折六边形负泊松比结构区域、“负泊松比-蜂窝”复合结构界面区域以及复合方式，并取得了通过工艺方法的设计实现了显著的性能提升。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明中负泊松比-蜂窝型复合吸能材料的3D打印方法，包括以下步骤：

基层结构设置过程，在打印模型中设置每层中的内折六边形负泊松比区域和蜂窝状结构区域，

其中内折六边形负泊松比区域开设有呈行排列的内折六边形镂空重复单元，每个内折六边形镂空单元均为轴对称结构，且其相邻的两个内折边间的夹角α'＝225-245°。

其中蜂窝状结构区域开设有呈行排列的六边形镂空重复单元，每个六边形镂空单元均为轴对称结构，且其相邻两条侧边的夹角α＝115-135°；

打印机设置过程，打印层厚设置为0.1-0.4mm，喷嘴孔径设置为0.4-0.8mm，打印温度为235-260℃，热床温度为80-110℃；

打印选材过程，打印材料选材为尼龙或PC高分子打印丝；α的稍大角度设计以及尼龙或PC的选材是本结构的高吸能设计基础，稍大的α角使得整体结构的缓冲行程增加，但过大会影响其刚性及耐冲击强度，在本发明中选取α＝115-135°，以此保证在具有充足的刚性及耐冲击强度的前提下尽可能的增加其缓冲吸能性能。

打印过程，以基层材料为XY平面，并以Z向进行逐层打印，获得负泊松比-蜂窝型复合吸能材料。

进一步地，所述的基层结构设置过程中，内折六边形负泊松比区域包括2行或多行内折六边形镂空重复单元；