【摘 要】
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现代汽车的轻量化设计是结合了材料、结构与工艺的多学科、多手段设计方法,但要使这些设计方法真正应用于汽车设计与制造,对材料成本的控制与性能的提升是必不可少的研究内容。以此为出发点,本文以制备适应3D打印的丝材为目的,对汽车常用热塑性塑料尼龙6进行了“降低成本,提高性能”的滑石粉共混改性,探究了滑石粉质量组分对其加工性能、热性能、力学性能的影响。运用熔融沉积成型工艺对参数化的Gyroid、Diamon
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现代汽车的轻量化设计是结合了材料、结构与工艺的多学科、多手段设计方法,但要使这些设计方法真正应用于汽车设计与制造,对材料成本的控制与性能的提升是必不可少的研究内容。以此为出发点,本文以制备适应3D打印的丝材为目的,对汽车常用热塑性塑料尼龙6进行了“降低成本,提高性能”的滑石粉共混改性,探究了滑石粉质量组分对其加工性能、热性能、力学性能的影响。运用熔融沉积成型工艺对参数化的Gyroid、Diamond、Schwarz P三种结构进行了打印,给出了其基于准静态压缩实验的力学性能、吸能特性、形变特征的评价。论文的主要内容如下:（1）运用差式扫描量热、热失重分析、流变、扫描电子显微镜、力学性能测试等多种表征手段,对不同质量配比的滑石粉共混改性尼龙6复合材料进行针对加工性能、热性能、力学性能的测试。当滑石粉质量分数为5%时,尼龙6复合材料加工性能明显改善,拉伸性能提升显著,弯曲性能与热性能则与纯尼龙6保持接近。（2）基于三周期极小曲面结构的隐函数表达式,完成了其参数化的几何模型建立。在此基础上,对常见的十几种三周期极小曲面结构进行了对熔融沉积成型工艺的适应性验证。研究发现Gyroid、Diamond与Schwarz P的打印样件与原几何模型相似度更高,是更适应熔融沉积成型工艺制造的结构。（3）以5%质量分数共混改性的尼龙6为原材料对不同胞元尺寸、c值、结构壁厚的Gyroid、Diamond、Schwarz P进行了打印,通过准静态压缩实验分析了这些参数对结构的力学性能、吸能性和形变特征的影响。研究发现增大c值会削弱Gyroid与Diamond结构的力学强度与能量吸收能力,减小胞元尺寸与增大结构壁厚则对这两种结构的强度提高、能量吸收能力强化、失效模式改善都有帮助,其中增大结构壁厚是更好的选择。综合来看,Diamond是准静态压缩中力学强度更高、能量吸收能力更强的结构,Schwarz P则相对较弱,Gyroid的力学性能与比吸能数值都居于三者中间。本文对适应熔融沉积成型工艺的复合材料丝材开发与表征、三周期极小曲面结构的参数化设计及其作为吸能结构时结构参数的选择与优化都有一定的参考价值。
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