FDM快速成型表面質(zhì)量及其性能研究.pdf

1、3D打印是由產(chǎn)品的三維CAD模型數(shù)據(jù)直接驅(qū)動(dòng)，組裝（堆積）材料單元而制造出任意復(fù)雜且具有使用功能的零件的技術(shù)。3D打印技術(shù)是一種不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機(jī)床就可以打造出任意形狀的先進(jìn)制造技術(shù)。“3D打印”是通俗叫法，“3D打印”在工業(yè)領(lǐng)域被稱為“快速成型”，后來業(yè)內(nèi)形成統(tǒng)一叫法即“增材制造”。根據(jù)構(gòu)建技術(shù)的不同，3D打印技術(shù)的主要技術(shù)方法包括了光聚和、粉末床融化、粘結(jié)劑噴射、材料擠出、層壓等。由于熔融沉積(FDM)技術(shù)不用激光器，設(shè)備

2、的運(yùn)營維護(hù)成本低，且所用的原材料多為PLA、ABS等生產(chǎn)用工程塑料，成本較低，因此，熔融沉積(FDM)技術(shù)成為3D打印技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。
　　本文以熔融沉積(FDM)工藝為研究對(duì)象，對(duì)3D打印中的各項(xiàng)誤差和各影響因素進(jìn)行分析，通過實(shí)驗(yàn)和仿真方法，對(duì)FDM熔融沉積成型3D打印工藝進(jìn)行研究，從而提高制件的精度和力學(xué)性能。
　　分析確定了影響FDM模型力學(xué)性能的主要因素，采用正交實(shí)驗(yàn)法對(duì)各影響因素及其水平進(jìn)行了設(shè)計(jì)，分別采用

3、ABS和PLA材料進(jìn)行了力學(xué)性能測試試樣的FDM打印成型，并進(jìn)行了拉伸實(shí)驗(yàn)，獲得了各種工藝條件下FDM成型試樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線。以拉伸實(shí)驗(yàn)獲得的抗拉強(qiáng)度代表力學(xué)性能指標(biāo)，對(duì)影響FDM模型力學(xué)性能的主要因素進(jìn)行了正交實(shí)驗(yàn)分析，獲得了擠出軌跡、打印方向、打印溫度、分層厚度、打印速度、擠出流量等因素對(duì)ABS、PLA兩種材料的FDM模型抗拉強(qiáng)度的影響規(guī)律。
　　與其他3D打印工藝一樣，F(xiàn)DM成型也因離散化疊層制造會(huì)與CAD模型之間產(chǎn)生誤差，

4、同時(shí)層間堆積的臺(tái)階痕也影響制件的表面質(zhì)量。本文分析計(jì)算了圓弧表面與傾斜表面兩種基本情況下切片所產(chǎn)生的模型精度誤差，分析確定了影響FDM模型表面質(zhì)量的因素，并設(shè)計(jì)了能夠反映傾斜面、圓弧表面等對(duì)模型表面臺(tái)階痕影響的試樣，研究分層厚度、填充密度、壁厚/底層/頂層厚度等因素對(duì)表面質(zhì)量的影響，給出了不同工藝條件下可以不加支撐的最小角度以及最小支撐角隨分層厚度、填充密度、壁厚的變化規(guī)律。
　　建立了熔融沉積成型溫度場的有限元分析模型，并進(jìn)行了

5、FDM成型過程的數(shù)值模擬，得出了各點(diǎn)溫度隨時(shí)間的變化、溫度梯度及環(huán)境溫度、掃描速度對(duì)溫度場的影響規(guī)律。
　　本文選用了CURA切片軟件，以有曲面的遙控器模型為研究對(duì)象。之前的常規(guī)打印中，臺(tái)階效應(yīng)明顯，利用本文對(duì)力學(xué)性能和表面質(zhì)量的研究，選擇了最優(yōu)的打印速度、溫度、層厚等，得到的遙控器模型比之前沒有優(yōu)化的表面質(zhì)量效果顯著。最后還進(jìn)行了噴漆的后處理，使模型外觀達(dá)到了使用標(biāo)準(zhǔn)。
　　提高3D打印模型表面質(zhì)量及其性能最經(jīng)濟(jì)合理的方法