仿生梯度正弦复合材料

抗冲击超143%

模仿螳螂虾锤击附足的双向正弦梯度结构，用连续碳纤维3D打印制成，冲击强度远超传统层合板，并且刚度和损伤容限可以按需调节。

Shang, Junfan · 柳飞 · Jiarui, Zhang · Chang, Baoning · Zhu, Chenkai · 张武翔 · 祝颖丹 · 丁希仑

Composites Part B: Engineering 2025

参数信息

Charpy冲击强度

63.24 kJ/m²

相对平层PLA提升

143 %

相对连续碳纤维增强PLA提升

80 %

技术优势

冲击强度翻倍

通过正弦结构与梯度铺层协同，冲击能量耗散路径更长，抗冲击能力远超传统层合板。

刚度和损伤容限可调

改变面内纤维走向和层间梯度即可按需定制力学响应，同一设计可适应不同防护需求。

应用场景

• 3D打印结构件：打印既抗冲击又刚柔可调的结构件，替代金属减重。
• 抗冲击复合材料：做防护装甲或缓冲件，能量吸收远超普通层合板。
• 航空结构材料：制造耐冲击且轻量的机翼或机身部件，提升抗鸟撞能力。
• 仿生冲击防护：复现螳螂虾锤击结构，做成头盔或护具缓冲冲击。