FDM工艺中填充率对塑料制品力学性能的影响

FDM工艺作为3D打印技术的实现方法之一,依据易操作、成本低、成型周期短等优点,近些年取得了快速发展。但3D制品的力学性能一直是制约其发展的重要因素,提高3D制品的力学性能对扩大其应用范围具有至关重要的作用。针对FDM工艺中制品的填充率展开实验探索,通过FDM工艺制备ABS和PLA 2种试样,并与同种材料的注塑试样进行对比,探究了填充率对拉伸强度、拉伸模量和断裂伸长率的影响。结果表明,拉伸强度和拉伸模量随填充率的提高而增强,断裂伸长率随填充率的提高呈现先提高后下降的趋势;当填充率为100%时,基本能达到注塑件的拉伸强度,而且,PLA材料的拉伸模量高于注塑件;ABS材料的断裂伸长率也高于注塑件。可见,制品填充率会影响FDM制品的力学性能,合理选择填充率能够获得接近或超过注塑工艺水平的FDM制品,同时降低生产成本。     

FDM工艺中构建取向对塑料制品力学性能的影响

3D打印技术在塑料加工领域的影响力越来越大,但3D打印制品依然存在强度不足等问题。选用3D打印技术中的熔融沉积成形(FDM)技术作为研究对象,通过实验ABS及PLA试样的拉伸强度及断裂伸长率,分析了FDM技术中构建取向对塑料制品力学性能的影响,此外通过与注塑试样进行对比,研究了FDM技术制品与传统注塑制品力学性能上的差距。实验结果表明:采用不同构建取向的试样呈现各向异性,但对ABS试样的影响大于PLA试样;ABS试样的拉伸强度最高约为注塑试样的78.53%;PLA试样与注塑试样无较大差距,但断裂伸长率最高仅为67.77%。实验证明合理的构建取向能够提高FDM制品的力学性能,接近或达到注塑工艺的水平,验证了FDM技术制备功能产品方面的可行性。     

填充路径对FDM制造ABS力学性能的影响

熔融沉积成型制造的塑料件力学性能主要受成型工艺参数的影响。因此,研究了制造成型方向相关填充路径、温度热处理条件对熔融沉积成型ABS试件力学性能的影响。结果表明,ABS试件弹性模量、极限拉伸强度、断裂伸长率和失效形式呈现出与成型取向及填充路径相关的各向异性。采用0°填充路径的ABS试件的拉伸力学性能与成型材料一致;采用±45°填充路径的试件极限拉伸强度为成型材料的0.81倍;采用90°填充路径的试件的拉伸力学性能较差,其极限拉伸强度和断裂伸长率仅分别为成型材料的60.8%和42.7%。在160℃填充路径的下,加热1 h可最大程度改善90°填充路径的ABS试件层间粘结质量,其极限拉伸强度和断裂伸长率分别提升了1.48倍和3.56倍,与成型材料力学性能相近。0°和±45°填充路径的ABS试件失效表现为填充丝材的拉伸和相邻丝材分离,90°填充路径的试件由于层间粘结分离而被破坏。因此,建立了等效力学性能模型分析成型丝材力学性能、填充路径和孔隙率对打印试件弹性模量和极限拉伸强度的影响,预测值与实验数据吻合较好。     

FDM 快速成型工艺对成型件力学性能的影响

基于熔融沉积成型(FDM)技术,研究了不同材料、成型件放置角度和喷嘴型号对成型件力学性能的影响,得到具有最佳力学性能的打印工艺。分别以美国Stratasys公司生产的ABS-M30、PPSF和Ultem 9085打印材料为研究对象,采用常规填充方式,以xy平面为基准面,0°~90°范围内分别设置不同放置角度打印并测试其力学性能。结果表明,45°角放置样件的拉伸和冲击强度最佳;随着放置角度的增加,样件弯曲强度也随之增大;采用相同放置方式成型测试样件,T16喷嘴打印成型件较T12喷嘴打印成型件的力学性能更佳。     

打印方式对熔融沉积(FDM)产品力学性能的影响

通过挤出成型制备聚乳酸线材,采用熔融沉积方法制备标准样条,研究层积角度、打印层厚度和填充密度对打印产品的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度和表面形貌等性能的影响。研究结果表明:产品打印时的沉积角度为0°打印的产品,其力学性能比沉积角度为45°的低;打印层厚度为0.2 mm产品的力学性能略高于层厚为0.1 mm的产品;打印产品的弯曲强度和冲击强度随着填充密度的增加而增加。     

FDM工艺成型参数对软材料TPU制品力学性能的影响

用挤出机将TPU粒料挤出成型线材,经结构改进后的3D打印机将TPU线材打印成测试试样,通过正交实验方法,研究了填充率、平台温度、喷嘴温度对TPU制品的拉伸强度、断裂伸长率以及动态热力学性能的影响,并与同种材料的模压试样进行对比。结果表明:填充率、平台温度和喷嘴温度对试样力学性能具有明显的影响,其中,影响程度为喷嘴温度填充率平台温度;当填充率为75%、平台温度为50°和喷嘴温度为220℃时,TPU制品的力学性能最佳,拉伸强度为23. 04MPa,断裂伸长率为956. 02%,分别为模压试样的75. 12%和82. 01%,邵氏A硬度为84。因此,填充率、平台温度和喷嘴温度等影响TPU制品的力学性能,合理设置成型参数能获得接近模压制品的力学性能。     

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。     

填充方式对熔融沉积成型试件力学性能的影响

在将聚乳酸(PLA)作为原料的熔融沉积成型(FDM)实验中,分别研究了10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%10种填充率,与直线型、斜线型、蜂窝型、三角型和波浪型5种填充路径对试样拉伸强度和断裂伸长率的影响。研究结果表明,随着试样填充率的增加,拉伸强度逐渐增大。当填充率 60%时,拉伸强度的提升效果更显著。随着填充率的提高,试样的断裂伸长率呈先增加,后降低,再增加的趋势。当试样采用斜线型填充路径时,试样的拉伸强度的提升效果最佳。此外,可以通过材料力学构建的理论模型计算得到试件的拉伸强度。     

打印铺层结构及工艺参数对FDM构件力学性能的影响

为了获得性能优异的熔融沉积成型(FDM)构件,应用单轴拉伸试验,基于控制变量法,探讨了打印层厚、打印速度、打印温度等工艺参数及铺层结构对聚乳酸(PLA)试样力学性能的影响。结果表明,FDM打印方式会形成明显的层间界面,当承载方向与堆叠方向一致时,结构的承载能力最差;当铺层为±45°时,试样的弹性模量及拉伸强度达到最大值。且当打印层厚为0.3 mm,打印速度为默认值的70%,打印温度为230℃,可以获得相对最优的力学性能。     

注塑模具设计过程中浇口尺寸对塑料制品力学性能的影响

以高密度聚乙烯（PE-HD）为原料,采用自行设计加工的一套1模4腔注射标准试样模具进行注塑,通过调整熔体温度、模具温度和注射压力等工艺参数,考察了不同浇口截面尺寸的模具对注塑样品拉伸、冲击和弯曲性能的影响。结果表明,模具浇口截面尺寸修改后,注射试样的力学性能明显提升,其中,拉伸强度、冲击强度、弯曲强度和弯曲模量最高分别提升了3.40 %、79.86 %、18.11 %和113.36 %;模具浇口修改后注塑所的样品充填饱满,无塌陷等缺陷;修改浇口后的模具设计整体结构布局合理,可为同类标准测试样的成型模具设计提供有益借鉴。     

不同加工工艺对滑石粉填充聚丙烯力学性能影响的研究

文章分别采用一步法、二步法将滑石粉与PP按20/80和40/60(质量)比例制备成复合材料,测试其力学性能并研究其微观结构。选用合适的滑石粉添加量(20%),采用两步法,可提高滑石粉/PP复合体系的力学性能,特别是冲击性能。     

填充剂对PP力学性能的影响

采用熔融共混的方法制备聚丙烯/纳米复合材料。结果表明PP中分别填充少量纳米CaCO3、SiO2、OMMT,材料拉伸强度不损失,同时冲击强度增加。但随着PP中填充剂量的增加,纳米粒子易团聚,材料的力学性能降低。     

冷却条件对FDM成型聚醚醚酮试样力学性能的影响

通过熔融沉积成型（FDM）方法制备聚醚醚酮（PEEK）试样,对比研究了打印过程中自然冷却条件和风冷条件对PEEK试样力学性能的影响。结果表明：冷却条件影响FDM成型PEEK试样的力学性能。自然冷却条件下制备的试样力学性能优于风冷条件下制备的试样。在风冷条件下,打印机成型仓内的冷却环境受到变化,不同打印位置制备的试样力学性能存在差别,且均低于自然冷却条件下制备试样的力学性能。与风冷条件下制备的试样相比,自然冷却条件下制备的试样拉伸强度最大提高了15%,弯曲强度最大提高了16.75%,结晶度最大提高了81.36%。试样经热处理后,自然冷却与风冷条件下打印的PEEK试样拉伸强度、弯曲强度以及结晶度均得到提高,PEEK试样拉伸强度与弯曲强度随着结晶度的增加而增加。     

注塑成型工艺对塑料制品的影响

注塑成型是塑料加工中重要成型方法之一,注塑工艺不仅决定着成型件的形状、外观质量,更重要的是对产品性能有明显的影响,本文主要总结了注塑工艺对成型品性能的影响,提出了要获得优异性能的产品对工艺控制的建议。     

塑料制品的无机粉体填充

在塑料制品中通常填充无机粉体，在满足使用要求的前提下降低生产成本或者使材料的某些性能得到提高，目前使用量最大的是碳酸钙和滑石粉。采用无机粉体填充可以大大降低生产成本，但是由于无机粉体与聚合物基体之间的相容性很差，形成的弱界面使材料的抗冲击性能有很大程度的下降；另外，通常生产过程中采用的是聚合物粒子，与无机粉料混合后成型，这样很容易造成物料混合的不均匀，影响制品的性能。[第一段]     

加热方式对FDM工艺制品拉伸性能的影响

选用3D打印工艺中的熔融沉积成型(FDM)工艺作为实验研究对象,研究恒温室加热和底板加热两种不同加热方式对不同构建取向打印的聚乳酸(PLA)试件拉伸强度及断裂伸长率的影响。实验结果表明:两种加热方式下打印的不同构建取向的试件呈现出各向异性。与底板加热相比,采用恒温室加热方式打印的水平向试件和侧向试件的拉伸强度分别增加0.3%和2.6%,断裂伸长率分别增加4.2%和6.7%,有一定程度的改善;而采用恒温室加热打印的竖向试件的拉伸强度由底板加热时的14.94MPa提升至23.98MPa,增幅为60.5%,断裂伸长率由底板加热时的1.708%提升至2.847%,增幅为66.7%。对于竖向高度较大的制品,采用恒温室加热可明显提高制品的拉伸性能。     

热处理对MMT填充PP的力学性能影响

研究了热处理对聚丙烯(PP)/钠基蒙脱土(MMT)复合材料力学性能的影响。结果表明:适当地对共混体系进行热处理,可有效改善材料的拉伸性能、弯曲性能及冲击性能,拉伸强度及弯曲强度最大增幅分别可提高2 MPa和4 MPa。PP/MMT共混体系力学性能的增加在于体系中聚合物结晶结构的完善及热应力的消除。     

界面粘接对填充复合材料力学性能的影响

利用原位聚合的方法将聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）包覆在滑石粉的表面,制得了含PMMA粘接层的滑石粉／PVC复合材料。聚合物粘接层类似于粘接材料的粘接剂的作用,它很好地改善了复合材料的界面粘附性,提高了复合材料的机械强度,由于聚合物粘和基体聚合物的相互扩散以及界面内应力的存在,和昨合材料中存在一个最佳的聚合物粘接层。     

填充系数对聚氨酯泡沫塑料力学性能的影响

考察了填充系数对力学性能的影响,包括表面硬度、冲击强度和弯曲强度。按产生填充系统的不同方式,提出了体积填充系数和质量填充系数的新概念。发现体积填充系数和质量填充系数对力学性能有截然不同的作用行为,体积填充系数约为３时,冲击强度和弯曲强度有最大值;质量充系数增加时,力学性能线性增加。