复合材料夹层结构因具有高比强度、高比刚度、等效密度低、耐疲劳等诸多优势,在航空航天、交通运输、汽车等工程领域以及家具产品、室内装饰等民用领域都有着广阔的应用前景。然而采用传统的模压法、拉伸法等方法制备金属蜂窝、纸蜂窝等芯层材料存在工序繁琐、费时费料、环境污染、芯层结构可设计性差等问题,不利于夹层结构材料设计与制造的创新发展。与传统制造方法相比,3D打印(增材制造)技术具有高效化、设计多样化、复杂结构一体化成型等优势,其中的熔融沉积成型(FDM)技术3D打印设备成本较低、原材料种类丰富,普及度高,因此可创新应用于设计与制造复合材料夹层结构的芯层,对3D打印技术及其复合材料夹层结构制品在家具产品设计中的应用和发展具有重要意义。本论文的主要研究与成果如下:将三维打印软件中的“填充结构”作为夹层结构的芯层,分为二维和三维结构两种类型。采用熔融沉积成型工艺代替传统制造方法,以木粉/聚乳酸复合线材为原料,依据夹层结构相关试验标准设计试样尺寸,结合FDM型3D打印机制备芯层结构材料,再将其与纸板粘接制得夹层结构试样,并对试样分别进行平压性能、弯曲性能以及侧压性能力学性能试验,研究分析木塑夹层结构在平压、三点弯曲、侧压载荷作用下的失效破坏模式和力学性能。通过力学性能测试结果,比较分析出具有最佳力学性能的夹层结构,为有效地利用3D打印技术将木塑复合材料夹层结构以板件应用于家具的设计制造中提供依据。最后综合上述研究,针对3D打印夹层结构平面板件及其连接件、曲面板件、复杂型面板件进行家具设计应用研究。通过实验研究得出以下结论,二维、三维夹层结构在平压载荷下的破坏模式分为起始阶段、弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段;在弯曲载荷作用下主要分为弹性变形、面板起皱、芯子剪切和芯子压溃阶段;在侧压载荷作用下分为四个主要阶段:弹性变形、局部破坏、屈曲破坏、整体破坏阶段。在力学性能方面,二维Cross夹层结构的平压性能最强,三维Concentric 3D夹层结构的弯曲性能最佳,三维Cubic夹层结构的侧压性能最具优势。实验证明了芯层结构的差异对夹层结构影响较大,存在最优性能的夹层结构。利用3D打印技术,结合力学性能试验结果开展家具用板件、连接件的设计实践,以促进3D打印及其夹层结构板件在家具设计制造中的创新应用发展。