三维打印PLA线材的性能与打印工艺优化(2)

菜单

3 PLA线材的物性分析 9

3.1 PLA线材的拉伸力学性能 9

3.2 PLA线材的热学性能 10

3.3 PLA线材的光谱分析 11

3.3.1 红外光谱分析 11

3.3.2 拉曼光谱分析 12

3.3.3 红外光谱和拉曼光谱分析对比 12

3.4 本章小结 13

4 熔融沉积成型法打印螺母实体模型 14

4.1 三维模型设计 14

4.2 三维打印前的数据处理 15

4.3 三维打印过程中的参数控制与打印出的模型 16

4.4 本章小结 17

5 三维打印参数对打印模型力学性能的影响 18

5.1 打印平台温度对打印模型力学性能的影响 19

5.2 打印喷嘴温度对打印模型力学性能的影响 19

5.3 本章小结 20

结论 21

致谢 22

参考文献23

1 引言

三维打印技术是制造业领域正在飞速发展的一项新兴技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术”[1]。三维打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多领域的前沿技术，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。

1.1 三维打印简介

三维打印，是根据所设计的三维模型，通过三维打印设备逐层增加材料来制造三维实体的技术。这种逐层堆积成形技术又被称作增材制造。三维打印进行生产时，先利用计算机软件辅助设计出零件的三维模型，再把模型分层切片并生成打印路径，然后把数据传输到成型设备，即三维打印机，将熔融成液态、粉末状、丝带状的固体材料逐层“打印”出零件。与传统机械加工制造方法的“减材制造”不同，三维打印是一个“增材制造”的过程。传统机械加工制造是在原材料的基础上，运用切割、磨削、腐蚀、熔融等方法去除多余部分来制造零件，而三维打印不必像铸造注塑一样事先制造模具、不必在制造过程中去除大量材料，也不必通过锻造等复杂的工艺就可以得到最终的产品[2-3]。因此，三维打印技术在实际生产上可以实现简化制造程序提高效率，降低成本、缩短产品的研制周期。这些优点也使得三维打印技术与传统制造技术形成互补，适用于新产品开发、模具设计制造、复杂零件制造及私人订制单件生产的小批量零件生产，也适用于产品外形设计检查和装配检验等功能测试[1]。

1.1.1 三维打印叠加成型工艺分类

由于三维打印叠加成型的形式有多种多样，因此产生了多种三维打印工艺，如常见的有激光固化光敏树脂成型(Stereo Lithography Apparatus，SLA)、选择性激光烧结成型(Selected Laser Sintering，SLS)、三维喷涂粘结成型(3 Dimension Printer，3DP)、熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling，FDM)、喷墨成型(Ployjet)等[4-7]。

1.1.2 熔融沉积成型（FDM）简介

本文研究使用的熔融沉积成型（FDM）生产三维零件的方式是通过将塑料熔化并挤压成细丝带状，从计算机控制的喷头挤出，逐层打印出零件。熔融沉积成型（FDM）工艺的关键是保持半流动状态的成型材料刚好在熔点之上[4]。喷头在计算机分层数据控制下挤压出半流动状态的熔丝材料（丝材直径一般在1.5mm以上），支撑材料与生产材料交替打印，凝固形成轮廓形状的薄层。每层薄层厚度范围在0.025~0.762mm，一层叠一层最后打印出整个零件模型。在零件冷却后拆除支撑材料，得到所要的零件模型[4]。