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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(guān)鍵優(yōu)勢是能夠一體化成型幾何形狀非常復(fù)雜的零件，并在航空航天、生物醫(yī)學(xué)等方面廣泛應(yīng)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(jié)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(yīng)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(shù)領(lǐng)域迫切需要解決的問題之一。國內(nèi)外很多學(xué)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(xué)機械與運載工程學(xué)院教授宋桂珍團隊通過建立翹曲變形的數(shù)學(xué)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(yīng)用指導(dǎo)，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(xué)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(jié)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(yīng)用指導(dǎo)。

結(jié)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(shù)。

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

來源：科學(xué)網(wǎng)（中國科學(xué)報）

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