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熔融沉积成型(Fused Deposition Molding,FDM)工艺已成为现如今最受欢迎的增材制造技术之一。然而,由于“逐层制造,层层叠加”原理的限制,FDM增材制造零件内部不可避免地会出现宏观熔丝界面,导致力学性能存在各向异性。本文尝试选择合适的微波加热材料对PLA丝材进行表面涂覆改性,将微波加热技术同FDM工艺相结合,利用在微波场中对材料选择性加热和快速加热的特性,将FDM增材制造PLA基零件内部的界面进行局部重熔,达到熔融焊接的目的,以此增强零件整体的力学性能的同时,解决各向异性的问题。本文首先通过COMSOL仿真软件对FDM增材制造碳化硅(Silicon Carbide,SiC)/聚乳酸(Polylactic Acid,PLA)和短切碳纤维(Carbon Fiber,CF)/聚乳酸(Polylactic Acid,PLA)复合材料试样在微波场中的行为进行数值计算,得到温度分布图和升温特性曲线,为后续实际微波加热时间提供指导;其次,将微波加热材料SiC和CF涂敷于PLA丝材表面,分别获得SiC/PLA和CF/PLA复合材料丝材,并通过FDM工艺制造出相应的PLA基复合材料试样;最后将FDM增材制造PLA基复合材料试样经过微波加热处理,使其内部界面处局部重熔焊接,并对其进行力学性能和微观形貌的表征,结果表明:(1)在理论计算部分,FDM增材制造SiC/PLA和CF/PLA复合材料试样界面的升温特性曲线表明,两者界面的升温速度非常迅速,分别在60s和69s时温度达到了185℃,验证了微波加热的快速性,并为后续的微波加热时间提供了指导。而FDM增材制造SiC/PLA和CF/PLA复合材料试样在微波加热过程中的温度分布情况表明,分布在界面处的SiC和CF通过吸收微波,试样内部的界面处温度升高,通过热量传递,使界面处局部PLA的温度升高,从而达到使熔丝界面处局部一定范围的PLA重熔的目的。(2)对于FDM增材制造SiC/PLA复合材料拉伸试样,依据模拟结果的指导,当微波加热60s后,温度达到185℃时,试样的极限拉伸强度达到最大。而当微波加热温度为185℃时,SiC质量分数为5%拉伸试样的极限拉伸强度最大为36 MPa,比不含SiC的纯PLA拉伸试样的极限拉伸强度高51%;对于FDM增材制造SiC/PLA复合材料层间结合试样,SiC质量分数为5%层间结合试样的层间结合强度最大为21.6MPa,比不含SiC的纯PLA层间结合试样的层间结合强度高18.7%,且其层间结合试样断面的微观形貌表明,界面出现撕裂和交错的断裂特征。但是,试样断口处还有明显的界面。(3)对于FDM增材制造CF/PLA复合材料试样,首先,经过微波加热氧化处理CF表面具有氧化官能团,并与PLA基体有良好的界面结合;其次,CF质量分数为7%的FDM增材制造CF/PLA复合材料拉伸试样的最大强度为35.64MPa,比不含CF的纯PLA拉伸试样的极限拉伸强度高74%。由于有化学键合存在的影响,涂敷CF所提升极限拉伸强度的程度要远大于涂敷SiC所提升极限拉伸强度的程度。CF质量分数为7%的FDM增材制造CF/PLA复合材料弯曲试样的最大弯曲强度为0.63MPa,比不含CF的纯PLA弯曲试样的弯曲强度高55%。但当CF的质量分数大于7%时,FDM增材制造CF/PLA复合材料弯曲试样的弯曲强度明显下降。通过FDM增材制造CF/PLA复合材料弯曲试样断面的微观形貌可以看出,CF质量分数为5%、7%和10%试样的界面已经基本消失,而没有CF的试样还有明显的界面。