图1 CFHS四种打印路径示意图

图2 基于不同打印路径的3D打印cfhs，具有(a)无交叉(Path-1)， (b, c)单交叉(Path-2, Path-3)， (d)和双交叉(Path-4)，以及(e)交叉模式

为了验证不同打印路径下的蜂窝结构的性能，作者进行了压缩试验和微观界面观察进行进一步分析。如图3所示，为作者对四种不同路径下的蜂窝结构进行的面内压缩实验，结果图3(a)所示。图3(b)中可以发现与其他打印路径相比，Path-3打印的CFHS具有更好的总能量吸收(88.5 J)和致密化能量吸收(72.8 J)。Path-4和Path-2打印的样品的总吸能最差(76.1 J)，致密化吸能最差(62.2 J)，分别比Path-1低14.0%和14.6%。然而，Path-3打印的CFHS峰值载荷最小(4.6 kN)，比峰值载荷最大值(Path-2, 5.3 kN)降低了13.2%，如图3(c)所示。如3(d)显示了四种路径的致密化测试结果。

图3 (a)不同路径打印cfhs压缩载荷-位移曲线、(b)能量吸收、(c)峰值载荷、(d)致密位移的比较

为了研究蜂窝交叉路径对3D打印cfhs弯曲性能和破坏模式的影响，作者通过三点弯曲试验研究了具有不同路径的蜂窝结构的弯曲特性。如图4(a)显示出了不同路径具有相似的弯曲特性，均先线性增加，在压头周围的蜂窝单元失效后，载荷达到峰值，然后下降到相当长的稳定变形期。随后，随着下一层蜂窝细胞的加载，载荷再次增加到稳定的平台值。根据承重蜂窝单元的变化，曲线可以分为两个不同的阶段(图4(a))。图4(b)显示出断裂位移越大的CFHSs具有更好的能量吸收潜力和损伤容限。

图4 三点弯曲下(a)不同路径打印CFHSs的载荷-位移曲线和(b)能量吸收-位移曲线的比较

为了分析交叉路径对结构力学性能的影响，作者又进行了CFHSs的拉伸试验，如图5所示。Path-4形成的双交叉细胞结构的拉伸性能较好，path-2和path-3形成的单交叉细胞结构次之，Path-1形成的无交叉细胞结构的拉伸性能最差。与path-1 (84.5N)相比，path-4 (142.6N)打印的蜂窝结构的峰值拉伸载荷增加了68.7%，结构的拉伸性能主要受打印路径形成的交叉数的影响。如图9(b)所示，连续纤维在细胞结构之间的交叉使得纤维和基体共同承担拉伸载荷。相比之下，当细胞结构之间没有连续纤维的交叉作用时，只有基体承担拉伸载荷。

图5 (a)拉伸荷载-位移曲线和(b)CFHs的各种交叉路径

为了进一步评价打印路径对3D打印CFHSs力学性能的影响，建立了路径规划与压缩、弯曲和拉伸力学性能之间的关系，如图6(a)显示了不同载荷类型下蜂窝结构的最佳力学性能对应于不同的打印路径。由图6(b)所示，Path-3打印的样品在综合力学性能、弯曲性能和压缩性能评价中表现最好，Path-4打印的样品在拉伸性能评估中表现较好。

图6 (a)不同加载条件下CFHSs的力学性能;(b)CFHSs力学性能综合评价

1、研究了不同打印路径对天然纤维增强生物基复合材料蜂窝结构力学性能的影响，并首次提出了打印蜂窝结构时的单元交叉路经方法；

2、对连续苎麻纤维增强生物复合材料蜂窝结构(CFHS)进行了压缩、弯曲和拉伸试验，研究了不同路径打印的力学响应；

3、多尺度上分析了CFHSs的形态特性和失效机理，揭示了打印路径对其力学性能的影响，并提出了一种评估不同印刷路径下CFHSs机械性能的方法；