1. 背景
连续纤维共挤出 3D 打印能把碳纤维沿复杂路径铺进热塑性树脂中，是轻量化复合材料很有吸引力的一条路线。但这类打印件常有一个尴尬问题：外观看起来成形正常，轴向强度却损失明显。损伤往往发生在喷嘴出口的曲率过渡区，纤维束被树脂包裹，常规显微观察很难判断哪些纤维已经预断裂。本文中，作者用焦耳闪热快速去除 PA12 树脂，把被树脂埋住的碳纤维束暴露出来，再结合电阻变化和显微观察判断纤维是否已经受损。对复合材料表征来说，这不是简单“烧掉基体”，而是把不可见的内部损伤转化为可观察、可量化的证据。
2. 论文概要
作者以 PA12/连续碳纤维共挤出打印为对象，把单道打印丝材作为研究单元，考察喷嘴-基底间隙 DH、喷嘴速度、树脂进给和纤维进给对纤维束形态及力学性能的影响。原位力监测显示，小 DH 会让法向支撑力和牵引力急剧升高；热成像则说明，大 DH 会降低丝材底部峰值温度，削弱层间愈合窗口。真正把“隐性损伤”坐实的是闪蒸焦耳加热实验：作者在真空中对打印丝材施加 40 V，使样品约 1 s 内升至约 700 °C，PA12 被气化去除，同时碳纤维保持可观察状态。去树脂后，电阻比 Rr 随 DH 降低而升高，说明完整导电纤维数量减少；显微图进一步显示断裂主要集中在顶层和底层外侧纤维，芯层相对完整。基于这些证据，作者提出低间隙下的底部劈裂主导模式和高间隙下的整体变形主导模式，并用“较高层高打印 + 层间熨平”在轴向性能和层间性能之间取得更好的平衡。
3. 图文解读
图9 是理解损伤来源的第一张关键图。作者用原位力测试记录不同 DH 下的法向支撑力 FN 和水平牵引力 FTR，发现小间隙会让两者显著升高，并随 DH 增大近似指数衰减。这个结果把“低间隙更容易伤纤维”从经验判断推进到可测载荷：压得越紧，喷嘴出口过渡区外层纤维越容易进入危险受力状态。
图11 量化了小间隙带来的轴向性能代价。DH = 0.10 mm 时，拉伸性能保持率 RFT 仅 46.51%；DH = 1.50 mm 时提升到 79.93%，Weibull 分布也变得更陡，说明性能离散性下降。这张图适合用来强调：低间隙并不天然等于高质量打印，它可能增强层间压实，却会牺牲纤维轴向完整性。
图16 是最值得突出的一张图。作者用焦耳闪热在真空中快速热解 PA12：40 V 电压下，样品约 1 s 内升至约 700 °C，树脂被气化去除，而碳纤维束可用于后续观察和电阻测量。相比机械剥离或溶剂处理，这种方法的优势在于速度快、扰动小，尤其适合处理碳纤维/热塑性树脂这类导电增强体嵌在绝缘基体中的样品。去树脂后的相对电阻 Rr 随 DH 降低而升高，说明小间隙打印让更多碳纤维失去连续导电通路。
图17 把焦耳闪热的价值进一步放大。树脂去除后，低 DH 样品可以清楚看到顶层和底层外侧纤维发生断裂，而中间层基本保持连续，呈现“外层破坏、芯层完整”的夹心式失效。这个结果很适合用于说明焦耳热表征的优势：它不是只给一张干净照片，而是把原本被树脂埋住的层间损伤分布直接暴露出来。
图20 回到工艺方案。作者不再用低 DH 一步完成压实，而是先用较大 DH 打印以减少纤维预断裂，再用不进纤维和树脂的喷嘴对层间区域熨平。熨平对轴向拉伸影响很小，却明显提高层间撕裂强度；相对传统紧间隙打印，轴向性能和层间性能分别提高约 17.97% 和 47.42%。
4. 总结展望
焦耳闪热把复合材料中“看不见的纤维预断裂”变成了可以观察、可以电阻量化的损伤证据。40 V、真空、约 1 s 升至 700 °C 的处理条件说明，这类方法可以在很短时间内完成树脂去除，同时保留碳纤维导电骨架用于后续分析。后续值得继续做的是，把焦耳热去树脂和原位电阻、显微成像、CT 或声发射等手段联用，形成面向复合材料制造缺陷的快速诊断流程。需要注意的是，不同树脂的热解温度、残碳行为和挥发物释放不同，焦耳热参数不能直接照搬；但这篇文章已经说明，在碳纤维增强热塑性复合材料中，焦耳闪热不仅是热处理工具，也可以成为暴露内部损伤的高效表征入口。
参考论文：Hengchang Bu, Xiaohong Zhan, Xiaohu Guan, Feixiang Tian, Jicheng Chen, Xiong Zhang, Yanqiu Zhao. Process-induced axial degradation and non-uniform structural evolution of co-extruded filaments in continuous fiber co-extrusion 3D printing. Journal of Manufacturing Processes, 2026, 174, 154-173. DOI: 10.1016/j.jmapro.2026.07.049.
