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。     

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。     

3D打印PEI成型工艺对制品力学性能的影响

聚醚酰亚胺(PEI)具有优良的力学性能、耐辐照性能、耐高低温及耐磨性能,是工业领域不可或缺的重要材料之一。采用熔融沉积成型(FDM)技术,可用来构建具有复杂几何形状的功能部件。不同的成型工艺参数对零件的力学性能具有较大的影响。研究了3D熔融沉积成型中PEI的填充路径、填充率、成型件放置角度和喷嘴孔径对制品拉伸强度和断裂伸长率的影响,得到了具有最佳力学性能的打印工艺。结果表明,当填充方向为±45°时,试样的拉伸强度最大,为99.4 MPa;当填充方向为0°时,断裂伸长率最大,为15.3%;当填充方向为90°时,试样拉伸强度和断裂伸长率最小,分别为80.2 MPa和12.4%。且不同的放置角度对试样拉伸强度和断裂伸长率影响较大;试样的拉伸强度和断裂伸长率随着喷嘴孔径的增大而减小,当喷嘴孔径为0.4 mm时,其值最大。     

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。     

3D打印参数对柔性聚乳酸服装面料力学性能的影响

针对熔融沉积成型(FDM) 3D打印技术,以柔性聚乳酸(PLA)为打印材料,探讨了分层厚度、打印速度、打印温度、填充角度以及填充密度对3D打印服装面料力学性能的影响.打印模型的力学性能以拉伸强度和弹性模量为评价标准,采用单因素、正交试验分析法得到最优打印参数.结果 表明:当填充密度为20％、分层厚度为0.3 mm、打印...     

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工艺对PLA/SAO复合材料成型件性能的影响

基于熔融沉积成型(FDM)技术,以自行开发的聚乳酸/Sr Al2O4:Eu2+,Dy3+(PLA/SAO)复合打印材料为研究对象,分别利用正交试验和对比实验考察了FDM工艺参数对PLA/SAO复合材料成型件力学性能和发光性能的影响,以期获得力学及发光性能最佳的成型件及其打印工艺。结果表明:FDM工艺参数对成型件拉伸强度的影响由大至小依次为填充率、取向、光栅角度,最优参数组合为光栅角度30?/120?、填充率100%,采用平卧式打印方式;对成型件冲击强度的影响由大至小依次为填充率、取向、光栅角度,最优参数设置与拉伸强度的设置条件相同。此外,光栅角度对材料的发光性能影响不大,当填充率为100%,取向为平躺式时,成型件的发光性能更佳。     

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。     

基于正交试验的PETG/ABS复合制件熔融沉积成型工艺参数的优化

为了缩短熔融沉积成型(FDM)工艺的成型时间并改善产品的力学性能,采用FDM工艺方法对聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己二甲醇酯(PETG)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)两种线材进行3D打印,以成型时间、拉伸强度和拉伸弹性模量为优化指标,设计了基于正交试验法的三因素(打印速度、分层厚度、填充率)四水平的工艺参数优化方案。结果表明:PETG/ABS复合制件最优力学性能的参数组合是A4B1C3,即打印速度为30 mm/s、分层厚度为0.1 mm、填充率为75%。验证试验表明,拉伸强度为44.73 MPa、弹性模量为758.12 MPa、成型时间为113 min,优化参数后明显改善了力学性能,对双材料打印制品的生产具有一定的指导意义。     

基于PLA材料的FDM打印结构与性能的关系研究

为了确定PLA构件打印结构对力学性能的影响,以填充密度和打印放置方位为分析参数,三角形网格为填充图案,设计不同的填充结构进行压缩试验。结果表明,填充密度和打印放置方位对于力学性能产生关联影响。随着填充密度的减小,试样的压缩极限强度减小,试样的破坏形式从以塑性变形为主转变为以局部失稳为主。对于不同的打印放置方位,压缩极限强度对填充率的变化敏感度不同,竖直放置时,填充率变化对性能的影响最大,倾斜45°放置时,填充率变化对性能的影响最小。     

抗氧剂1010对3D打印用聚乳酸氧化降解性能的影响

为研究抗氧剂1010(KY1010)对3D打印用聚乳酸(PLA)氧化降解性能的影响,以PLA和KY1010为原料,通过挤出成型工艺制得3D打印用PLA丝材,并采用FDM工艺制备复合材料,研究KY1010添加量对PLA丝材拉伸性能、动态热机械性能、氧化诱导期以及复合材料力学性能的影响.结果表明,KY1010可有效改善PL...     

用于FDM的PLA共混改性

采用酰胺成核剂(NT–C)和聚乙二醇(PEG2000)对聚乳酸(PLA)进行熔融共混改性,制备了用于3D打印的PLA/NT–C/PEG2000共混物,并在200℃的温度下通过熔融沉积成型(FDM)工艺制备了共混物FDM打印件。研究了NT–C的用量对PLA/NT–C打印件结晶性能的影响,并在此基础上研究了PEG2000用量对共混物流变性能、共混物打印件的结晶性能和力学性能的影响。差示扫描量热分析表明NT–C可在一定程度上提高PLA/NT–C打印件的结晶度,一定用量的PEG2000的添加进一步提高了共混物打印件的结晶性能,当NT–C和PEG2000的质量分数分别为2%和5%时,打印件的结晶度达到17.1%,相比PLA提高了12倍;流变性能测试表明PEG2000提高了共混物的熔体流动速率,降低了共混物储能模量和损耗模量对温度的依赖性,扩宽了PLA在FDM工艺中的成型温度;力学性能测试表明PEG2000显著提高了PLA/NT–C/PEG2000共混物的缺口冲击强度,降低了打印中断丝的几率,FDM打印件弯曲和拉伸强度相比于PLA也有显著提高,当NT–C和PEG2000的质量分数分别为2%和5%时,打印件的弯曲和拉伸强度分别达到了注塑件的80%和70%以上,扩宽了PLA在FDM中应用。     

Effects of laser polishing on surface quality and mechanical properties of PLA parts built by fused deposition modeling

Fused deposition modeling (FDM) produces parts through layer by layer on the top of each other, making it almost impossible to obtain smooth printed parts. Hence, there is a huge demand for the postprocessing of the FDM-printed parts. Laser polishing is a novel technique that can be used to polish products to obtain a smoother surface. The aim of this work was to explore the feasibility of surface-finishing FDM-printed polylactic acid (PLA) parts by laser polishing. The surface roughness, surface morphology, dynamic mechanical analysis (DMA), and tensile properties were investigated. The results indicated that the lower laser power and the bigger laser beam diameter within a certain range could facilitate the formation of smoother surface. With optimized parameters, the surface roughness was reduced by 90.4%. DMA showed that the storage modulus (E’) and glass transition temperature of PLA specimens were significantly improved due to the decrease of molecular mobility of denser structures. Moreover, the tensile strength and Young's modulus of the PLA specimen were also significantly increased after laser polishing. The fracture morphologies were observed, and the possible strengthening mechanism was also discussed. These results indicated that laser polishing could be an efficient method for surface polishing of FDM parts. © 2019 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2020 , 137, 48288.     

星型聚氨酯增韧改性聚乳酸3D打印线材

以聚醚三元醇为星型结构单体,采用本体预聚法合成具有可加工性的星型聚氨酯(SPUR),将其用于聚乳酸(PLA)的增韧改性,制备高韧性PLA/SPUR共混材料的3D打印线材,并采用熔融沉积成型(FDM)技术制备高韧性3D打印制品。结构表征及性能测试结果表明,当聚醚三元醇含量为3%时,合成的SPUR3分子量最高、综合性能最佳,将其与PLA进行共混,可显著提升PLA的断裂伸长率和冲击强度。当SPUR3含量为10%时,断裂伸长率最大,达336%,是PLA断裂伸长率的37.7倍;当SPUR3含量为30%时,共混物的冲击强度达到52.368 kJ/m2,是PLA冲击强度的31.8倍。SPUR3的混入还提高了PLA的结晶温度,降低了其储能模量和玻璃化转变温度,通过控制SPUR3的含量可以调控共混物的韧性和强度。所制备的打印线材表面均比较光滑,均能通过FDM工艺正常打印成产品。     

Thermal and mechanical properties of polyamide 12/graphene nanoplatelets nanocomposites and parts fabricated by fused deposition modeling

The printable polyamide 12 (PA12) nanocomposite filaments with 6 wt % graphene nanoplatelets (GNPs) for fused deposition modeling (FDM) were prepared by melting compounding and smoothly printed via a commercial FDM three‐dimensional (3D) printer. The thermal conductivity (λ) and elastic modulus (E) of 3D printed PA12/GNPs parts along to the printing direction had an increase by 51.4% and 7% than that of compression molded parts, which is due to the GNPs preferentially aligning along to the printing direction. Along with these improved properties, ultimate tensile strength of 3D printed PA12/GNPs parts was well maintained. These results indicate that FDM is a new way to achieve PA12/GNPs parts with enhanced λ over compression moulding, which could contribute to realize efficient and flexible heat management for a wide range of applications. © 2017 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2017 , 134, 45332.     

PBS/PLA/滑石粉3D打印线材制备及熔融沉积成型工艺研究

以聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为基体,滑石粉和聚乳酸(PLA)为改性剂,采用熔融挤出法制备了PBS/PLA/滑石粉三维 （3D）打印线材,并对其进行了熔融成型研究。通过分析结晶性能、流变性能、力学性能、断面形貌和打印效果对PBS/PLA/滑石粉体系进行了探究。结果表明,PLA的加入使PBS的结晶温度下降了5 ℃;随着PLA含量的增加,材料的复数黏度、储能模量和损耗模量均得到提高;而拉伸强度则随PLA含量的增加下降了1.71 MPa,缺口冲击强度下降了2.63 kJ/m2;PLA含量的增加使断面逐渐粗糙;在打印效果上复合材料的打印模型随PLA含量的增加而变得美观规整,当底板温度高于110 ℃时,打印制件的翘曲度较低,同时拉伸强度随着打印温度的升高而增加。     

Mechanical properties of 3D parts fabricated by fused deposition modeling: Effect of various fillers in polylactide

Weak mechanical strength and serious mechanical anisotropy are two key limiting factors for three-dimensional (3D) parts prepared by fused deposition modeling (FDM) in industrial applications. In this work, we investigated the relationships between mechanical properties and surface quality of FDM parts with the properties of materials used. Three kinds of polylactide (PLA) filaments, composed of the same PLA matrix but different fillers (carbon fibers and talc), were used to prepare FDM specimens. Due to the nature of FDM process, FDM parts exhibited tensile properties weaker and more anisotropic than their injection-molding counterparts. The presence of fillers affected the tensile properties of FDM parts, especially the degree of mechanical anisotropy. It is found that the interlayer bond governing the mechanical performance of FDM parts was improved since the fillers added in the polymer materials facilitates the molecular diffusion across the bond interface. Also, the surface quality of FDM parts varied with fillers. Neat PLA parts exhibited surface quality superior to the 3D parts printed with composites filaments. This work is believed to provide highlights on the development of polymer composites filament and improvement of mechanical properties of FDM parts. © 2019 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2019 , 136, 47824.     

(±45°/90°/0°)_s准各向同性层合板的拉伸强度

根据经典层合板理论,层合板(±45°/90°/0°)s是准各向同性层合板,其拉伸刚度在板面内各个方向上都相同,而拉伸强度是随偏轴角θ改变而变化,即强度方面不具有各向同性的特点。本文首先研究(±45°/90°/0°)s这种准各向同性层合板拉伸强度在偏轴角θ从0°至45°之间的变化情况,然后通过分别改变单层板强度参数和弹性常数来研究该层合板的拉伸强度的变化情况,并分析其破坏形式。最后与NCF材料的试验结果进行了比较。     

PA12试件多射流熔融成型工艺研究

采用多射流熔融增材制造技术制备了PA12试件,研究了PA12试件不同的构建取向对其成型精度和力学性能以及致密度的影响规律。结果表明,当位置尺寸为宽度方向时,尺寸精度总是呈正偏差,并且在不同得成型角度下,无明显变化规律,与宽度方向相比,厚度方向与长度方向尺寸精度随成型角度增加,变化规律较为明显;试件的力学性能与延伸率受成型角度影响规律相似,当成型角度从0 °增加到45 °时,试件拉伸强度与延伸率逐渐降低,在成型角度大于45 °后,拉伸强度与延伸率显著提升;致密度变化趋势与力学性能保持一致;综合分析可得,当成型角度为45 °时,试件的尺寸精度达到最佳水平;最佳力学性能成型角度为0 °,此时PA12试件的平均拉伸强度为50.95 N/mm²,平均延伸率为37.02 %;致密度最高成型角度为0 °,平均致密度可达到99.311 %。