作者:李清波 来源:中国科学报 发布时间:2023/10/27 20:20:41
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熔融沉积建模质量工艺控制技术获进展

 

熔融沉积建模是目前使用最广泛的3D打印成型工艺,其关键优势是能够一体化成型几何形状非常复杂的零件,并在航空航天、生物医学等方面广泛应用。

熔融沉积成型(FDM)是将热塑性聚合物丝材在喷嘴内加热融化,喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动,同时挤压沉积到运动的工作台上,利用高温自黏结性逐层堆积成型。丝材在熔融堆积过程中,由于体积收缩产生的内应力会引起原型底部的翘曲变形或在原型内部引起分层,严重影响了制件的尺寸精度,是当今快速成型技术领域迫切需要解决的问题之一。国内外很多学者对翘曲变形进行了研究,但是对于如何选择聚乳酸材料熔融沉积成型参数,减小成型过程中的翘曲变形量未见有系统研究的报道。

近日,太原理工大学机械与运载工程学院教授宋桂珍团队通过建立翘曲变形的数学模型分析影响零件底部翘曲的影响因素,确定了每个指标最佳的3D打印参数,为熔融沉积成型制件的质量工艺控制提供了理论依据和应用指导,以《3D打印零件的尺寸精度及控制》为题在《中国塑料》刊发。

团队针对目前使用最广泛的3D打印材料聚乳酸,通过建立FDM过程中翘曲变形的数学模型,分析影响零件底部翘曲的影响因素,采用正交试验法研究了分层厚度、喷嘴温度、托板温度和填充率及层数和断面长度对零件底部翘曲变形的影响,最后对结果进行了极差分析、方差分析和单因素指标分析,确定了每个指标最佳的3D打印参数,为熔融沉积成型制件的质量工艺控制提供了理论依据和应用指导。

结果显示,在熔融沉积过程对翘曲变形影响程度由高到低依次是分层高度、堆积层数、喷嘴温度、断面长度、填充密度、托板温度。团队根据翘曲变形模型,确定了最优工艺参数组合,并研究了解决翘曲变形的加工技术。 

相关论文信息:https://doi.org/10.19491/j.issn.1001-9278.2023.08.011

 
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