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熔融沉積建模是目前使用最廣泛的3D打印成型工藝，其關鍵優(yōu)勢是能夠一體化成型幾何形狀非常復雜的零件，并在航空航天、生物醫(yī)學等方面廣泛應用。

熔融沉積成型（FDM）是將熱塑性聚合物絲材在噴嘴內(nèi)加熱融化，噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運動，同時擠壓沉積到運動的工作臺上，利用高溫自黏結性逐層堆積成型。絲材在熔融堆積過程中，由于體積收縮產(chǎn)生的內(nèi)應力會引起原型底部的翹曲變形或在原型內(nèi)部引起分層，嚴重影響了制件的尺寸精度，是當今快速成型技術領域迫切需要解決的問題之一。國內(nèi)外很多學者對翹曲變形進行了研究，但是對于如何選擇聚乳酸材料熔融沉積成型參數(shù)，減小成型過程中的翹曲變形量未見有系統(tǒng)研究的報道。

近日，太原理工大學機械與運載工程學院教授宋桂珍團隊通過建立翹曲變形的數(shù)學模型分析影響零件底部翹曲的影響因素，確定了每個指標最佳的3D打印參數(shù)，為熔融沉積成型制件的質(zhì)量工藝控制提供了理論依據(jù)和應用指導，以《3D打印零件的尺寸精度及控制》為題在《中國塑料》刊發(fā)。

團隊針對目前使用最廣泛的3D打印材料聚乳酸，通過建立FDM過程中翹曲變形的數(shù)學模型，分析影響零件底部翹曲的影響因素，采用正交試驗法研究了分層厚度、噴嘴溫度、托板溫度和填充率及層數(shù)和斷面長度對零件底部翹曲變形的影響，最后對結果進行了極差分析、方差分析和單因素指標分析，確定了每個指標最佳的3D打印參數(shù)，為熔融沉積成型制件的質(zhì)量工藝控制提供了理論依據(jù)和應用指導。

結果顯示，在熔融沉積過程對翹曲變形影響程度由高到低依次是分層高度、堆積層數(shù)、噴嘴溫度、斷面長度、填充密度、托板溫度。團隊根據(jù)翹曲變形模型，確定了最優(yōu)工藝參數(shù)組合，并研究了解決翹曲變形的加工技術。

相關論文信息：https://doi.org/10.19491/j.issn.1001-9278.2023.08.011

來源：科學網(wǎng)（中國科學報）

鏈接：https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/10/511139.shtm