ABS的3D打印制品表面质量研究

采用熔融沉积成型（FDM）三维（3D）打印技术成形丁二烯?丙烯腈?苯乙烯共聚物（ABS）制件,探究喷嘴挤出温度及层高变化对制件表面质量的影响。针对不同的挤出温度、层高等打印工艺参数,制备形状、尺寸一致的多组制件,使用形状测量激光显微镜对制件的表面形貌数据进行了采集并对分析,得出了算术平均高度（S_a）、最大高度（S_z）、表面性状的高度比（S_tr）等表面质量关键参数随挤出温度变化以及层高的变化趋势,使用三坐标测量仪对其平面度进行了测量及分析,得出了平面度误差随挤出温度变化以及层高的变化趋势,揭示了温度、层高等FDM工艺参数对ABS打印制件表面质量的影响规律。结果表明,挤出温度和层高对制件的表面成型及表面质量有着重要影响。在其他条件不变的情况下,挤出温度为230~240 ℃时通过FDM工艺得到的制件表面粗糙度最好,210 ℃时平面度最好;层高越小制件表面粗糙度越好,层高越大制件平面度更小。     

基于锥形螺杆挤出单元的熔融沉积成型3D打印机及实验研究

研制了一种基于锥形螺杆挤出单元的桌面式熔融沉积成型（FDM）3D打印机,采用锥形螺杆塑化聚合物并挤出丝条,配合沉积平台的运动打印制品。使用聚乳酸（PLA）、 高密度聚乙烯（PE-HD）材料对设备挤丝性能进行了研究,并研究了打印参数包括电机脉冲频率、走丝间距、层厚等对 PLA 拉伸样条性能的影响。结果表明,自制锥形螺杆挤出式 FDM 打印机具有较好的打印效果,合适的电机脉冲频率、走丝间距、层厚等工艺参数可以使打印制件获得较好的表观质量和强度,而较大的走丝间距使制件的拉伸强度下降了约20 %。     

连续与短切CF增强PA6复合材料双喷头3D打印工艺参数优化

为提升连续碳纤维(CF)和短切CF增强尼龙6复合材料3D打印制件的力学性能、优化3D打印基础工艺参数，基于熔融沉积型3D打印工艺，通过自主搭建的双喷头3D打印实验平台制备打印制件，并以此为研究对象，设计4因素3水平正交试验，研究连续CF隔层数、连续CF打印间距、打印温度、打印速度四种工艺参数对打印制件拉伸强度和弯曲强度的影响。采用极差分析法得到最佳工艺参数组合，验证正交试验结果。使用扫描电子显微镜观察拉伸制件和弯曲制件的断裂面微观形貌，进一步探究了打印制件的层间断裂形貌特性和层内丝材分布规律。结果表明，当连续CF隔层数为1、连续CF打印间距为0.5 mm、打印温度为250℃、打印速度为900 mm/s时，打印制件的层内沉积线之间孔隙较少，层间结合效果较好，其拉伸强度和弯曲强度达到最高，分别为109.73 MPa和119.14 MPa，与短切CF增强尼龙6复合材料相比，拉伸强度提升了249%，弯曲强度提升了286%。     

FDM 3D打印翘曲变形成因分析及解决对策

针对熔融沉积成型(FDM) 3D打印过程中制件常见的翘曲变形问题,从工艺参数、工件参数以及其他因素三个方面逐条对其成因进行了归纳总结和具体分析,并给出了在一般情况下可有效降低制件翘曲变形所推荐选用的扫描速度、喷嘴温度、热床温度、环境温度以及切片厚度等参数的具体数据,同时在填充率、打印材料选择、制件尺寸形状以及首层打印时喷嘴与热床距离和热床表面处理方面给出了消除翘曲变形的合理建议。为FDM 3D打印制件质量的提高和工艺优化提供参考。     

基于正交实验的熔融沉积成型工艺参数的优化

采用商用聚乳酸（PLA）线材作为熔融沉积成型(FDM)打印材料,以拉伸强度和冲击强度为优化指标,设计正交试验,从分层厚度、打印速度、喷嘴温度、填充角度等元素探究成型工艺参数对FDM打印制件力学性能的影响。利用极差分析法,考察了各工艺参数对制件力学性能的影响情况,通过综合评分法和综合平衡法,获得了最优成型工艺参数组合并验证试验结果正确性。结果表明,分层厚度为0.3 mm,打印速度为90 mm/s,喷嘴温度为220 ℃,填充角度为45 °/45 °时,FDM制件的力学性能最优。     

基于3D打印技术的FDM薄板塑件表面成型精度试验研究

从三维(3D)打印技术中熔融沉积快速成型(FDM)的成型原理出发,先分析薄板塑件在成型过程中形成表面质量误差的主要因素,并设计相关实验,主要研究了分层厚度与挤出速度对薄板成型表面精度的影响,以及打印速度对表面粗糙度的影响.并分析得到了零件精度误差最小的参数组合为:分层厚度为0.2 mm、挤出速度为30 mm/s、打印速度为40 mm/s,从而进一步得到了优化制件加工参数的一般原则。     

基于螺杆挤出式工业陶瓷3D打印技术的最佳成型工艺研究

结合现有橡胶挤出机的喂料挤出方式研发出一种适用于工业陶瓷聚合物共混材料的新型三维（3D）打印成型方法。根据工业陶瓷聚合物共混的最佳混合喂料配方,利用自主设计的新型螺杆挤出式3D打印机进行打印成型实验,将输料温度、喷头温度、出料速度、成型平台温度4个因素作为实验变量,采用正交试验打印出实验模型毛坯件,根据所得毛坯件的表面精度和成型品质进而确定出工业陶瓷聚合物共混3D打印最佳成型工艺。     

FDM工艺参数对聚乳酸/石墨烯复合材料制件弯曲性能的影响

为了提高聚乳酸(PLA)复合材料3D打印制件的性能,采用三因素三水平正交试验设计,研究了用熔融沉积成型(FDM)工艺3D打印PLA/石墨烯复合材料制件过程中,打印层高、填充密度以及构建取向对制件弯曲性能的影响。结果表明,石墨烯对PLA/石墨烯复合材料制件有较好增强效果,各试验参数对3D打印PLA/石墨烯复合材料制件弯曲强度的影响大小顺序为：构建取向>填充密度>层高,且当构建取向为侧立方式,填充密度为80%,层高为0.2 mm时,制件具有最佳的弯曲强度;对复合材料制件弯曲弹性模量的影响大小依次为：填充密度>层高>构建取向,且当构建取向为侧立,填充密度为80%,层高为0.1 mm时,制件具有最佳的弯曲弹性模量。     

基于FDM螺杆式3D打印陶瓷基复合材料成型工艺参数的研究

基于螺杆式FDM快速成型设备,可以打印结构复杂、致密度高的氧化铝陶瓷粗坯,其工艺参数的选择对零件的成型精度有重要的影响。本文以PLA-PP-PW-SA为黏结剂的氧化铝陶瓷基复合材料为实验材料,探究了在喷嘴直径一定的情况下,质量流量与螺杆塑化温度和成型温度、容腔压力、螺杆转速的变化规律,并探究了不同层高下的打印效果。结果表明:在喷头直径为0.4 mm,螺杆塑化温度为160℃,成型温度为175℃,螺杆转速为0.3～0.8 r/min,容腔内压力在0.2～1.0 MPa,层高为0.2 mm的工艺参数下能够打印出较为理想的陶瓷粗坯。     

非溶剂致相分离3D打印聚合物的成型工艺研究

采用自行搭建的湿度可控的气辅式三维（3D）打印机,基于非溶剂致相分离原理,实现了常温下、高精度、低成本3D打印耐高温的聚合物材料。以聚醚酰亚胺（PEI）为例,探究了挤出压力、喷头直径、打印速度、打印环境相对湿度、打印层高等打印参数对成型质量的影响。结果表明,挤出丝料的宽度与打印速度、环境相对湿度有关,随打印速度和环境相对湿度的增大而减小;打印层高与挤出丝料的厚度有关,打印层高约等于挤出丝料的厚度的时,成型质量最好;通过多层沉积实验,得到最优的打印参数,成型了表面质量良好、精度高的PEI坯体。     

3D打印玻璃纤维增强聚乳酸性能评估

以玻璃纤维增强聚乳酸为例,通过先双螺杆共混造粒后单螺杆挤出的方法,制备(1.75±0.05) mm线径规格的线材,然后利用3D打印工艺制得玻纤增强聚乳酸制件。采用质量分数30%磨碎玻纤增强聚乳酸线材,根据打印工艺参数对打印制件力学性能与表面光滑度的影响程度,对比了打印路径、打印温度及打印速度对制件的影响。结果表明,当打印路径为0°方向,打印温度为220℃及打印速度为60 mm/s时,出料顺畅,制件黏结牢固且表面光滑。在上述打印工艺参数下,研究了玻纤含量及玻纤保留长度对制件力学性能及形貌的影响。结果表明,当玻纤质量分数为20%时,制件的拉伸及弯曲性能达到最佳,打印顺畅,制件表面光滑平整,在相同的玻纤含量下,选择短切玻纤(保留长度367μm)时打印制件的拉伸强度及弯曲强度分别为68.42 MPa和93.29 MPa。     

基于FDM的大尺寸薄壁类3D打印件硬度的工艺分析与研究

介绍了3D打印技术及其分类,并针对熔融沉积3D打印大尺寸薄壁类件的硬度影响工艺因素进行了重点分析;设计并制造出试验加工模型,制定正交打印试验方案;研究了层高、填充密度、打印速度与喷头温度对打印样件硬度的影响;采用极差分析法制定了最合理的工艺参数组合,保证了打印产品的成型硬度,为3D打印技术推广与应用提供理论支持。     

3D打印金属粉末/PVA复合浆料的成型质量分析

聚乙烯醇是一种无毒的水溶性高分子材料,被广泛地用作粘结剂。浆料挤出打印技术结合了熔融沉积技术(FDM)与粉末注射成型技术,可用于打印结构复杂、高精度的金属零件。利用该技术打印铜粉(Cu)/PVA复合浆料,研究了打印工艺参数如喷嘴直径、分层高度、挤出压力和打印速度对坯体成型质量的影响。浆料流量随挤出压力的增大而增大,二者基本呈线性关系;分层高度的设置与喷嘴直径有关,分层高度为喷嘴直径的70%～80%时,打印效果最佳;挤出压力与打印速度的匹配度直接影响了成型质量。实验结果表明:在喷嘴直径D=0. 51 mm,挤出压力p=206 k Pa,打印速度V=15 mm/s,分层高度H=0. 35 mm的最优工艺参数下,能够打印出高质量的金属坯体。     

工业级熔体微分3D打印技术制作大型工业制品

桌面3D打印技术已得到社会认可,而针对工业级大型3D打印技术的研究很少。工业级熔体微分3D打印技术,采用螺杆塑化熔融方式,具有更大的成型尺寸;可加入颗粒状聚合物,拓宽3D打印耗材种类;使用3 mm大喷嘴,有效提高打印速度。该工业级熔体微分3D打印技术中各个打印参数(如层高、喷嘴直径等)设置对于制品成型及制品力学性能有着至关重要的影响。将不同基材的玻纤复合材料作为研究对象,运用自主搭建的工业级熔体微分3D打印实验平台,研究不同打印参数下制品成型效果。通过SEM电镜图、TGA热重分析仪、DSC差示扫描量热法、拉力测试仪对制品及原材料进行分析。文章验证了该新型工业级熔体微分3D打印机对玻纤复合材料制备大型3D打印制品的可行性,且可以为工业级大型3D打印技术的发展提供理论基础和技术指导。     

PC/CCF制备工艺对浸渍程度的影响及3D打印性能分析

针对传统基于螺杆挤出的热塑性材料浸渍程度低而导致丝材性能不高的问题，基于“熔融-溶剂”法结合作用下的复合丝材制备工艺，以聚碳酸酯(PC)为基体材料，连续碳纤维(CCF)为增强体，研究拉丝速度、浸渍辊个数、浸渍温度对浸渍程度影响关系，并通过扫描电子显微镜进行对比分析，得到PC/CCF复合材料的最佳工艺参数，即拉丝速度为5 mm/min，浸渍温度为280℃，浸渍辊个数为3，此时复合丝材浸渍程度可达99.62%。通过对不同浸渍程度PC/CCF 3D打印样件力学性能对比，表明较高的复合丝材浸渍程度能够较大地提升样件的力学性能。     

FDM 3D打印工艺参数对PLA制件力学性能的影响

采用五因素四水平正交试验设计,对16组不同工艺参数(打印层厚、填充密度、打印温度、填充速度、外壳厚度)的FDM 3D打印聚乳酸(PLA)制件力学性能进行了测试和结果分析,确定了影响PLA制件力学性能的主要因素,其中,外壳厚度对制件力学性能影响最为明显,打印温度影响最小,同时分析得到了在打印层厚0.15 mm,填充密度40%,打印温度210℃,填充速度60 mm/s,外壳厚度1.6 mm条件下可获得力学性能最佳的制件。最后对试验数据进行回归分析,拟合得到了FDM打印工艺参数与PLA制件力学性能指标的数学模型;通过对不同打印工艺参数的试样进行试验验证,表明该模型拟合误差小(5%以内),可靠性高,可用来对FDM 3D打印制件的加工提供参考。     

熔融沉积成型(FDM)工艺参数优化设计研究

成型精度一直是熔融沉积成型(FDM)打印的关键问题,在分析了FDM成型原理、实践经验和硬件条件的基础上,对层高、打印速度、打印温度三个参数进行了优化设计。根据FDM成型原理建立理论模型,运用Matlab软件仿真分析了打印速度、打印温度、层高三个参数对制件表面质量的影响机理,设计三因素三水平正交试验方案来探究各参数对各方向尺寸精度的影响程度,确定了使得各方向成型精度较高的优方案,进而实现了FDM工艺参数优化。而试验结果也验证了理论与试验的一致,为实际操作提出理论指导。     

连续纤维增强PEEK增材制造力学性能与成型质量优化

针对连续纤维增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料增材制造中的界面结合差、制件精度不高等技术瓶颈,基于多热力场耦合作用下的连续纤维增材制造成型工艺,实现了典型样件的3D打印制备。基于正交实验设计,并通过微观形貌表征和力学性能测试,探究了喷头温度、打印速度和分层厚度对打印制件的表面粗糙度和弯曲性能的影响规律,获得连续纤维增强PEEK复合材料增材制造成型优化工艺参数。结果表明,分层厚度对表面粗糙度、弯曲强度和弯曲弹性模量具有显著影响,而打印速度和喷头温度对力学性能和成型精度影响较小。分层厚度越小,打印道间结合质量越好,成型制件表面粗糙度越小,弯曲弹性模量和弯曲强度越高。最优工艺参数为喷头温度390℃、打印速度2 mm/s和分层厚度0.4 mm。经试验验证,最优工艺参数下表面粗糙度达到最小为24.99 μm,弯曲弹性模量和弯曲强度分别达到最大为57.05 GPa和355.07 MPa。     

3D打印零件的尺寸精度及控制

在大型零件的成形过程中，零件底部翘曲变形导致精度丧失是熔融沉积增材制造技术的一个突出问题。以熔融沉积成型（FDM）3D打印制件的底部翘曲变形为研究对象，建立了一种FDM翘曲变形的数学模型，通过标准正交试验设计研究喷嘴温度、分层厚度、托板温度、填充密度和堆积层数及断面长度对FDM 3D打印翘曲变形的影响，应用极差分析和方差分析得到了最优的工艺参数组合。研究结果表明，分层高度为0.2 mm，喷嘴温度为210℃，托板温度为55℃，填充率为40%，底层堆积层数为25层，断面长度为20 mm，此时翘曲变形量最小，为0.402 mm。对翘曲变形影响程度主次顺序为：分层厚度>堆积层数>喷嘴温度>断面长度>填充密度>托板温度。随着堆积层数的增加和断面长度的减小，翘曲变形量呈减小趋势。     

螺杆式塑化3D打印装置的设计模拟及出丝性能研究

设计了螺杆、机筒、螺旋叶片等结构,建立了螺杆式塑化三维（3D）打印系统,利用Polyflow软件对压力场、速度场、剪切速率进行了数值模拟分析,并对粒状物料3D打印出丝性能进行了研究。结果表明,螺旋叶片结构通过施加轴向力实现了强制喂料;在整个螺杆挤出段上,熔融物料沿挤出方向随螺杆转速的提高压力逐步增加,梯形螺棱设计有利于熔体流动;材料熔融需要通过剪切作用与加热装置热量传递协同作用以降低熔体黏度;螺杆转速从0.1 r/s向1 r/s的变化过程中,丝材直径呈小幅度增加。