3D打印試件微觀結(jié)構(gòu)的研究，證明了3D打印復(fù)合結(jié)構(gòu)是非均質(zhì)的，含孔隙結(jié)構(gòu)。采用邊界效應(yīng)模型（Boundary effect model，BEM）研究3D打印復(fù)合結(jié)構(gòu)的斷裂性能。

3D打印參數(shù)的設(shè)置會(huì)影響試件最終的結(jié)構(gòu)組成、孔隙率及非均質(zhì)性，進(jìn)而影響試件結(jié)合面間的強(qiáng)度、成型質(zhì)量及力學(xué)性能。因此，工藝參數(shù)的設(shè)置是研究3D打印復(fù)合結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的關(guān)鍵。國內(nèi)外眾多學(xué)者探究了工藝參數(shù)與3D打印復(fù)合結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的映射關(guān)系，并通過優(yōu)化關(guān)鍵工藝參數(shù)來進(jìn)一步提升3D打印復(fù)合結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。

工藝參數(shù)對(duì)斷裂性能影響的研究

填充角度與打印方向

• J.Li等人：研究了填充角度為45°/-45°、0°/90°的水平打印以及垂直打印的ABS材料的SENT試件的斷裂性能。結(jié)果表明，將填充角度從45°/-45°改變到0°/90°，初始韌性增加，最終在垂直打印的試件中發(fā)現(xiàn)了最大的初始韌性。
• Kevin R.Hart等人：通過ABS材料的SENB試驗(yàn)研究了層取向?qū)嗔研阅艿挠绊憽＝Y(jié)果顯示，層間的斷裂韌性大約比跨層間斷裂韌性低一個(gè)數(shù)量級(jí)。在層間斷裂過程中觀察到脆性行為，而在跨層斷裂過程中觀察到韌性行為。
• Majid R.Ayatollahi等人：制備了PLA材料的SCB試件，研究了四種不同填充角度（0°/90°、15°/75°、30°/?60°、和45°/45°）對(duì)3D打印PLA I型斷裂性能的影響。結(jié)果顯示，與其他填充角度相比，45°/45°填充角度的試件具有最高的斷裂載荷，塑性變形量最大，抗斷裂性能最高，而0°/90°試件的抗斷裂性能最低。
• Tait D.McLouth等人：研究了打印方向和填充角度對(duì)斷裂韌性的影響。通過對(duì)ABS的致密張力CT試件進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，結(jié)果顯示，由水平打印變?yōu)榇怪贝蛴r(shí)，斷裂韌性增加了54%；在垂直打印的試件中，當(dāng)填充角度從0°/90°變?yōu)?5°/45°時(shí)，斷裂韌性降低了11%。
• M.Lorenzo-Ba?uelos等人：通過對(duì)聚丙烯的雙深缺口拉伸（DDEN-T）薄試件進(jìn)行試驗(yàn)研究了填充角度對(duì)斷裂參數(shù)的影響。使用斷裂方法（EWF）直接確定其斷裂參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，3D打印的試件中填充角度為0°時(shí)具有更好的斷裂參數(shù)，大約是其他填充角度（45°/45°和0°/45°/90°/45°）的兩倍。

層厚、層數(shù)與打印參數(shù)

• S.Garzon-Hernandez等人：采用有限元法研究了層厚、層數(shù)和填充角度三個(gè)打印參數(shù)對(duì)3D打印ABS試件力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)孔隙率降低時(shí)，層厚減小，而當(dāng)纖維沿縱向沉積時(shí)，其性能最高。此外，當(dāng)層數(shù)增加時(shí)，由于纖維之間的鍵合界面增加，力學(xué)性能降低。
• J.M.Chacón等人：研究了構(gòu)建取向、層厚和進(jìn)料率對(duì)3D打印機(jī)生產(chǎn)的PLA試件力學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示，側(cè)向打印的試件在強(qiáng)度、剛度和韌性方面均表現(xiàn)出最佳的力學(xué)性能。水平打印試件的力學(xué)性能隨層厚的增加先減小后增加，進(jìn)料速率對(duì)拉伸和彎曲強(qiáng)度的影響不顯著。
• A.Nabavi-Kivi等人：采用30、50、70和90mm/s四種不同的打印速度，0°、15°、30°和40°的四種不同預(yù)制裂紋角制備ABS的SCB試件，采用EMC結(jié)合J積分方法對(duì)被試件的斷裂載荷進(jìn)行預(yù)測。結(jié)果顯示，EMC-J準(zhǔn)則可以很好地預(yù)測試驗(yàn)斷裂載荷，用70mm/s打印的SCB試件的抗斷裂性高于其他打印速度。
• Parham Rezaeian等人：采用10、30、50和70mm/s的四種不同的打印速度制作ABS的SCB試件來研究3D打印試件的斷裂性能，選擇J積分的臨界值作為斷裂表征參數(shù)。結(jié)果表明，打印速度為70mm/s的制備試件具有最大的伸長率和抗斷裂性能。

其他因素對(duì)斷裂性能影響的研究

熱處理與層取向

• Kevin R.Hart等人：研究了熱退火對(duì)3D打印試件斷裂韌性的影響。結(jié)果表明，通過打印后退火和快速冷卻，可以增強(qiáng)打印后聚合物的斷裂韌性，而且用PLA制備的打印試件比ABS等類似的打印材料具有更高的層間韌性值。
• Iman Sedighi等人：
  • 研究層取向?qū)C試件斷裂行為的影響，制作了以0°、22.5°、45°、67.5°和90°的5個(gè)不同角度的缺口的SCB試件和CT試件。結(jié)果表明，3D打印的PC試件斷裂行為具有各向異性，最后，給出了不同方向的FDM樣品的I型斷裂韌性預(yù)測曲線，斷裂韌性范圍為1.93~2.37MPa.mm^0.5。
  • 通過對(duì)PMMA的SCB試件進(jìn)行試驗(yàn)，研究了支撐類型（輥、槽內(nèi)輥及固定支架）對(duì)斷裂韌性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，棍子支撐類型得出的SCB樣品的KIC值與CT樣品幾乎相同，采用這種類型的支架可以達(dá)到幾乎無摩擦的條件。

模型與仿真研究

• R.Ghandriz等人：在有限元軟件中建立了各向異性粘結(jié)區(qū)模型，模擬了ABS材料以0°打印、90°打印和75°打印的單邊缺口彎曲試件斷裂過程。結(jié)果顯示，此各向異性內(nèi)聚區(qū)模型能夠捕捉到不同層取向的附加制造ABS樣品的不同斷裂行為，揭示不同的裂紋擴(kuò)展模式，仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果一致。
• Pietro Lanzillotti等人：使用混合模式I/II加載情況下的單邊缺口彎曲試件來研究燈絲沉積法對(duì)ABS試件斷裂性能的影響。結(jié)果表明，與經(jīng)典沉積方式相比，在主應(yīng)力方向上采用智能螺紋沉積這種方法，斷裂的最大載荷增加了20%，斷裂韌性增加了約30%，獲得了高達(dá)20%的機(jī)械強(qiáng)度。
• Pengfei Li等人：提出了一種考慮3D打印結(jié)構(gòu)中沉積層取向的過渡層框架和彈性塑性各向異性斷裂模型。該模型可以根據(jù)層的取向來描述從準(zhǔn)脆性斷裂行為向彈塑性斷裂行為的轉(zhuǎn)變。優(yōu)化沉積層取向，可以大大提高抗斷裂性。

環(huán)境因素與材料性能

• Mohammad Reza Khosravani等人：在5℃-35℃范圍內(nèi)研究了加速熱老化對(duì)3D打印零件力學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示，無熱老化的0°層試件的強(qiáng)度是最好的，熱老化后的90°層試件的強(qiáng)度是最弱的。
• Anto Antony Samy等人：通過建立有限元模型，研究了各個(gè)打印參數(shù)對(duì)翹曲和內(nèi)置殘余應(yīng)力的影響。結(jié)果表明，層厚度從0.5mm減少到0.1mm，翹曲下降89%，殘余應(yīng)力降低24%。與鋸齒形填充結(jié)構(gòu)試件相比，線狀填充結(jié)構(gòu)試件分別減少了16%翹曲和36%的殘余應(yīng)力。

工藝參數(shù)優(yōu)化與材料結(jié)構(gòu)

• Pooja Patil等人：對(duì)PLA材料的3D打印工藝參數(shù)進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化。結(jié)果顯示，三角形圖案、填充率為70%、打印速度為100mm/h和層厚取0.2mm是本研究的最佳參數(shù)。
• Md.Qamar Tanveer等人：研究了填充結(jié)構(gòu)和填充密度對(duì)3D打印零件力學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示，三角形填充結(jié)構(gòu)單位面積有更多的接觸點(diǎn)，比其他填充結(jié)構(gòu)更好。具有填充密度（100%）的試件有著更多的層間粘合，且由于較小的氣隙，更耐變形。
• M.S Irfan等人：利用PLA和短碳纖維（CF）填充PLA復(fù)合絲制造蜂窩芯結(jié)構(gòu)，制造了圓形、正方形和六角形為核心蜂窩結(jié)構(gòu)，以探索幾何效應(yīng)對(duì)3D打印質(zhì)量的影響。材料的孔隙度與結(jié)構(gòu)有關(guān)，并與壓縮性能成反比關(guān)系。六角形核心結(jié)構(gòu)具有最低的材料孔隙度，其抗壓強(qiáng)度最高。
• Chi Zhan等人：通過數(shù)字圖像相關(guān)和有限元仿真，研究了設(shè)計(jì)的可入蜂窩(H-ReH)的力學(xué)行為和變形機(jī)理。3D打印的HReHs由于其獨(dú)特的組合變形機(jī)制，表現(xiàn)出增強(qiáng)的比剛度、比初始屈曲強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和比的能量吸收能力。

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