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。     

基于FDM工艺的打印件成型时间与力学性能的研究

为了减少熔融沉积成型工艺(FDM)打印的时间成本以及提高打印件的力学性能,采用正交实验法,就成型层厚、放置方式、成型角度对FDM工艺的成型时间与打印件力学性能的影响进行了详细地研究。结果显示,当成型层厚设为0.27 mm,放置方式为平放,成型角度设为45°时打印效率最高,成型时间最短,为12 min。当成型层厚达到0.27 mm,放置方式为平放,成型角度45°时,断裂伸长率达到最大值8.24%。成型层厚达到0.21 mm,放置方式为躺放,成型角度达到45°时,弹性模量和拉伸强度都获得最大值,分别为3 446.58、67.36 MPa。     

FDM工艺中填充方式对塑料制品力学性能的影响

采用熔融沉积成型方式制备ABS力学测试样条,通过拉伸和冲击测试研究不同填充方式对塑料制品拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度的影响。实验表明,对于方格填充呈现出随填充角度增大,拉伸强度和断裂伸长率增大,冲击强度减小的现象。直线填充与45°方格填充实测结果近似相同,蜂窝填充拉伸强度和断裂伸长率与15°方格填充近似相同,冲击强度与30°方格填充近似相同。在实际生产中,需根据制品力学性能要求在其不同区域选择合适的填充方式,以提高制品整体力学性能,降低生产成本。     

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。     

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。     

3D打印参数对TPU制品力学性能的影响

熔融沉积成形(FDM)技术在塑料制品加工领域的应用日趋广泛,但传统FDM类3D打印机以丝料为耗材,对材料刚度有特定要求,限制了耗材的种类。提出了熔体微分3D打印机以塑料粒料为耗材,采用微型螺杆输送、建压以及阀控系统精密计量,扩大了耗材的适用范围并实现软材料的3D打印能力。以TPU弹性体作为研究对象,通过正交实验方法,分析工艺参数对试样拉伸强度及断裂伸长率的影响,此外通过与注塑试样进行对比,研究了3D打印试样与注塑试样力学性能上的差距。实验结果表明:层高、填充角度及塑化温度对试样力学性能有影响,其中影响程度为塑化温度层高填充角度;当层高为0.2 mm、填充角度为45°、塑化温度为220℃时,有最大断裂拉伸强度及断裂伸长率,其拉伸强度和伸长率分别达到注塑试样的62.6%和73.2%。验证了熔体微分3D打印机制备弹性体制品的可行性,且合理的加工工艺参数能够提高试样的力学性能。     

用于FDM的蒙脱土改性PC/ABS合金丝材的性能

用有机改性后的蒙脱土(OMMT)对聚碳酸酯(PC)/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)合金进行增容改性,测试合金的力学性能、维卡软化点、熔体流动速率等性能,并对测试结果进行分析讨论。发现当PC∶ABS质量比=70∶30,OMMT质量分数为3%时,综合力学性能最好,拉伸强度为67. 21 MPa,弯曲强度为80. 90 MPa,缺口冲击强度为17. 35 k J/m~2,均优于纯PC/ABS合金的力学强度。将PC/ABS/OMMT合金用3D打印耗材挤出机挤出成直径为(1. 75±0. 25) mm的丝材,当OMMT质量分数为3%时,丝材成型性最佳。最后用熔融沉积成型的方法打印合金,比较熔融沉积成型与传统注塑成型制品的力学性能差异。熔融沉积成型试样保持了较好的拉伸强度和弯曲强度,达注塑成型的60%多,但是断裂伸长率和抗缺口冲击强度较差。     

基于田口试验法的熔融沉积成型PLA制品工艺优化

为了提高熔融沉积成型(FDM)制品的质量,采用田口试验法研究填充密度、沉积方向和填充图案三个因素对聚乳酸(PLA)制品拉伸性能的影响。结果表明,加工工艺参数对拉伸弹性模量和拉伸强度的影响程度均为沉积方向>填充密度>填充图案,其中拉伸弹性模量最优化的参数组合为填充密度100%、沉积方向45°、填充图案网格形状,拉伸强度最优化的参数组合为填充密度70%、沉积方向45°、填充图案网格形状。通过扫描电子显微镜对拉伸试验失效断面进行观察分析,探究了FDM打印工艺参数之沉积方向、填充密度对PLA试样拉伸失效的影响及其失效机理,其表征分析与试验结果高度吻合,表明该研究结果具有较好的借鉴意义。     

熔融沉积成型与注塑成型聚乳酸产品力学性能对比

通过挤出成型制备聚乳酸(PLA)线材,采用熔融沉积方法制备标准拉伸试样,对比熔融沉积成型(FDM)与注塑成型对PLA产品力学性能的影响。研究结果表明:PLA打印产品的拉伸强度较注塑成型下降了31.9%,然而其断裂伸长率相对提升了186%;3D打印产品结构对产品力学性能有一定影响,沉积丝的拉伸应变主要是由产品内部结构的弯曲变形引起的;打印线材的形状对拉伸形变和弯曲形变几乎没影响。     

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。     

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。     

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。     

聚酰胺12制品3D打印成型力学性能研究

应用3D打印技术中的熔融沉积成型法(FDM)和选择性激光烧结工艺(SLS)制备聚酰胺12(PA12)试样,研究了3D打印中构建不同取向方式对PA12力学性能的影响。同时,将3D打印试样与传统注射成型试样对比,比较了两者的性能差异。结果表明,FDM技术中构建不同打印取向影响PA12制品的力学性能,与注射成型相比,FDM试样的拉伸强度可达注塑件的56.3 %左右,断裂伸长率约为注塑件的60.9 %;SLS技术中,不同打印取向对制品的拉伸强度无明显影响,其拉伸强度可达注塑件的90 %以上,但其断裂伸长率较低,不足注塑件的10 %。     

3D打印参数对聚乳酸试样拉伸性能的影响

研究了三维(3D)打印关键工艺参数(填充密度、打印层高、打印壁厚和打印温度)对聚乳酸(PLA)试样拉伸强度和断裂伸长率的影响。结果表明,随填充密度的增大,试样的拉伸强度及断裂伸长率均呈增大趋势,但当填充密度为100%时,试件结构由空间网状结构转变为实体结构,造成断裂伸长率下降;随着打印层高的增加,试样拉伸强度降低,但断裂伸长率增加;随打印壁厚的增加,试样的拉伸强度以及断裂伸长率均呈现增加的趋势,但当打印壁厚为1.6mm时,试件断面以实体结构为主,造成断裂伸长率下降;PLA材质打印材料在210~220℃范围内获得的试件拉伸性能最好。     

塑化温度和成型温度对增塑PVC及PVC／PNBR弹性体力学性能的影响

当塑化温度分别为135℃和150℃时,通过测定不同成型温度下（145、150、155、160℃）压片制得的增塑PVC和PVC／PNBR共混物的断裂伸长率、拉伸强度、硬度和拉伸永久变形,研究了塑化温度和成型温度对试样力学性能的影响。结果表明：①150℃塑化温度下,物料塑化得更完全,PVC分子链间的作用力增强,试样的拉伸强度、拉伸永久变形、硬度增大;②在成型温度为145-155℃范围内,试样的断裂伸长率、拉伸强度随成型温度的提高都显著增大;③与塑化温度相比,成型温度对试样力学性能的影响更大。     

改性剂对聚乙烯醇薄膜力学性能的影响

聚乙烯醇(PVA)是一种性能优异的可降解包装材料,但是,其熔点与分解温度接近,在受热熔融时发生分解。改性剂能降低聚乙烯醇的熔点,延缓分解,改善PVA的热塑加工性能,但是,影响了PVA薄膜的力学性能。实验研究了增塑剂、交联剂、稳定剂等改性助剂对PVA薄膜力学性能的影响。结果表明,随着丙三醇的添加,PVA薄膜拉伸强度降低,断裂伸长率提高,当丙三醇含量增加至40%时,断裂伸长率为293.84%;当醇解度为92时,薄膜的拉伸强度为30.54 MPa;添加硼砂能提升薄膜的拉伸强度,降低薄膜的断裂伸长率;当添加1份的氯化钙热稳定剂时,减少了PVA薄膜在加工过程中的热分解,对薄膜力学性能提升幅度较大,拉伸强度和断裂伸长率分别达到27.89 MPa、250.36%。     

喷嘴结构对FDM制备玻璃纤维增强聚乳酸复合材料性能的影响

研究了3D打印喷嘴流道直径、流道结构等对熔融沉积成型(FDM)制备的玻璃纤维增强聚乳酸复合材料性能的影响。结果表明,当直喷嘴直径为1 mm时,复合材料的拉伸强度和弯曲强度最大,分别为46、28.5 MPa;而发散型喷嘴直径为1 mm时,复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别达到了48.5、32.5 MPa,后者比前者分别提高了7.78%和18.2%。偏光显微镜和扫描电子显微镜结果分析表明,发散型喷嘴保留了较长的玻璃纤维长度,并有利于纤维的取向。     

反式-1,4-聚异戊二烯(TPI)/石墨烯纳米复合材料力学性能的研究

以石墨烯为填料,反式聚异戊二烯为基体,通过熔融法制备了反式聚异戊二烯/石墨烯纳米复合材料,并对其力学性能进行了探讨。实验结果表明:随着石墨烯含量的增加,复合材料的拉伸强度和断裂伸长率增加。当石墨烯的质量分数为0.05%时,纳米复合材料拉伸强度最大,为44 MPa。添加石墨烯可以显著提高复合材料的力学性能。     

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。