伊利诺大学完成了3D复合材料验证平台
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美国伊利诺大学的研究人员建立了个实验架验证短纤维增强复合材料验证平台，透过与劳
伦斯弗莫尔国家实验室的合作过程，确认验证平台的有效性，研究成果已发表在
Experimental Mechanics 期刊。
使用了一种由环氧树脂和从短碳纤维形成的聚合物复合材料，透过 3D 打印的喷嘴挤压出
形成高强度、坚硬的结构。研究人员用新的复合材料制造了许多不同的样品，如看台、握
把等，并建立了个实验架验证短纤维增强复合材料的最佳模式，发现预测的最佳配置和实
验相符。
早期的增材制造是透用 3D 打印机和纯聚合材料制造出快速原型，但因为材料强度不足，
透过3D印列制造元件不足以承担结构所需的负荷。新一波的增材制造为了改善材料强度不
足的问题，3D打印的材料由纯聚合物转变为聚合复合材料，如环氧树脂、短碳纤维等。在
原材料中增加新的材料，就可同钢筋水泥结构，透过两种材料的混合，让新的产品变得更
坚硬和坚固。
伊利诺大学接受劳伦斯弗莫尔国家实验室委托，验证其制造的复合材料元件的强度。复合
材料由环氧树脂和短碳纤维构成，短碳纤维直径为 7 微米，长度为 500 微米，依据特定
的图案或角度，分布在环氧树脂内。复合材料强度的验证平台由夹具、数位影像技术、拉
力装置、记录工具等组成，透过取得材料所受应力和检测复合材料的变形情况，得到复合
材料的强度。材料变形量测采用非接触式的模式，研究人员以相素点作为表面位移衡量单
位，运用影像技术追踪待测物表面上特定点的位移，透过表面特定点的相素位置变化，得
知元件表面变形的情况，尔后再运用反推算方法得到3D打印复合材料的元件强度。
透过实验验证，劳伦斯弗莫尔国家实验室提供的最佳配置，强度确实是最好的。模拟的分
析结果符合实验结果，因此，模拟测试模型确实有助于结构设计。然而，在一般情况下元
件受到外力作用并非均匀，从样品的断裂点为最高负载的点，透过验证平台也确认此结果
。可惜的是，目前的最佳化设计模型，并未包含传统的结构最佳化设计分析在内，在元件
设计时，仍需要透过第三方工具得到结构的脆弱点。