树脂基复合材料 3D 打印技术发展现状

论文概要

树脂基复合材料具有优异力学性能和轻量化潜力，但传统成型工艺复杂、成本高、纤维回收困难。3D打印（增材制造）技术为这些问题提供了解决方案。本文系统综述了适用于树脂基复合材料的几种主要3D打印工艺（SLS、FDM、LOM、SLA）及其研究进展，重点介绍了纤维增强热塑性和热固性树脂基复合材料的材料设计、性能优化与应用案例，并展望了发展趋势。

知识结构

1. 主要3D打印工艺

• 选区激光烧结（SLS）：利用激光烧结低熔点基体粉末与增强粉末的混合物，实现复合材料成形；但存在密度差异导致的成分不均匀问题。
• 熔融沉积成型（FDM）：将热塑性丝材加热挤出后逐层堆叠；复合材料需添加增塑剂改善流动性，但纯树脂打印后力学性能下降明显。
• 分层实体制造（LOM）：通过激光切割涂有热熔胶的箔条并逐层黏合，材料由薄片与黏合剂构成。
• 光固化成型（SLA）：利用紫外激光固化液态光敏树脂，可制造复杂结构；加工速度快，但需后处理。

2. 纤维增强热塑性树脂基复合材料

• 短切纤维/热塑性树脂：短切玻璃或碳纤维提高强度、刚度、耐磨性；德国EOS、美国3Dsystem、中国华曙高科等已实现商业化SLS用复合材料粉末。
• 连续纤维增强热塑性树脂：如Mark One双喷嘴设备，实现连续碳纤维/玻璃纤维预浸料与热塑性树脂的复合，但仅能实现X/Y方向纤维取向。

3. 纤维增强热固性树脂基复合材料

• LOM技术：使用预浸丝带制备，玻璃纤维/环氧树脂复合材料拉伸强度可达约700 MPa。
• SLA技术：将玻璃纤维嵌入光敏聚合物或掺入短纤维，抗拉能力比纯树脂提高33%~49%。
• 3DP技术：开发环氧树脂基“墨水”，通过控制喷嘴直径与纤维长度之比实现纤维取向。

4. 热固性树脂基复合材料种类

• 不饱和聚酯树脂（UPR）：添加玄武岩纤维或芝麻秸秆粉可提升拉伸强度、降低摩擦系数。
• 酚醛树脂（PF）：高硅氧纤维增强后力学与热稳定性改善；ZnO纳米棒改性可提高摩擦磨损性能。
• 环氧树脂：碳纤维增强可提升弯曲强度；微胶囊自愈合技术可实现损伤修复（愈合率11%~51%）。

5. 热塑性树脂基复合材料种类

• ABS塑料：碳纤维上浆处理可降低收缩率；氧化石墨烯掺杂可部分满足使用要求；二维和一维无机材料提升拉伸与弯曲性能。
• 聚乳酸（PLA）：稻壳粉与壳聚糖/硅烷偶联剂改性可大幅提高冲击、弯曲、拉伸强度并降低吸水率；炭黑与马来酸协同改善力学与热学性能。

未来展望

3D打印技术的快速发展推动了纤维增强树脂基复合材料在工业领域的应用，尤其在低成本、高回收率结构制造方面具有广阔前景。未来需进一步解决纤维取向、界面结合、多材料共打印等关键问题。

引用信息

• 文章编号：1671-0711（2026）03（下）-0247-04
• 期刊：中国设备工程，2026年03月（下）
• DOI：无明确DOI，以上述编号为准
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