3D打印速度的研究

牛振华，付娅琦，董迁迁

（1.安阳职业技术学院，河南 安阳 455000；2.安阳贞元（集团）有限责任公司，河南 安阳 455000）

0 引言

3D 打印机是快速成型设备的一种，起源于20 世纪80 年代，它以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体。主要应用于模具制造、工业设计等领域，随着技术的发展和完善，已经开始用于产品的直接制造。

目前3D 打印技术应用最为广泛和成熟的主要有叠层实体制造法（LOM）、熔融沉积制造法（FDM）、光敏液相固化法（SLA）和选择性激光烧结法（SLS）等。本文使用的3D 打印机采用的是熔融层积制造法（FDM）。它利用热塑性材料的热熔性、黏结性，在计算机控制下层层堆积成型［1］。

3D 打印机通过控制软件将3D 模型转换成加工程序，因而控制软件某些参数影响着3D 打印机的打印速度和打印质量。本文通过调整3D 打印机控制软件的主要参数，研究、分析这些参数与打印速度之间的关系。

1 试验步骤与方法

1.1 试验设备

本试验所用3D 打印机为UP Plus2 型3D 打印机，打印尺寸：L×W×H=140×140×135mm，打印材料：ABS 塑料。UP2 PLUS3D 打印机的结构如图1 所示。

1.2 试验步骤

1.2.1 创建试验模型

本试验采用的模型是由Pro/Engineer 5.0 绘制的一个30×30×30mm 的正方体，绘制完毕后以默认方式保存为STL 格式的文件。STL 文件格式是由美国3D SYSTEMS 公司制定的一个接口协议，应用于CAD 模型与成型系统之间数据转换［2］。

1.2.2 加载试验模型

将试验模型的STL 文件加载到控制软件中（见图2），然后开始设置参数。

1.2.3 设置参数

在控制软件中，主要的控制参数包括层片厚度、填充密度、密封表面、支撑结构和打印质量等，其中对打印速度和质量影响最大的是层片厚度、填充密度和打印质量。

（1）层片厚度，每一层的打印厚度，共有0.15mm，0.2mm，0.25mm，0.3mm，0.35mm，0.40mm 这6 个厚度选项，如图3 所示。

（2）填充密度，内部支撑的密度，共有4 项，分别标记为“A，B，C，D”。其中，填充密度A＞B＞C＞D，如图4 所示。

（3）打印质量，控制打印精度，有Fine（最好）、Normal（正常）、Fast（最快）3 个选项，本次试验全部选用FAST（见图5）。

图1 UP2 PLUS 型3D 打印机结构图

图2 控制软件主界面

图3 主参数面板

图4 填充密度效果

图5 打印参数面板

以上3 个主要参数设置完成后，其余的全部默认即可。参数设置完毕后，预热打印机15min，当打印平台的温度预热到85℃以上后，选择打印，3D 打印机开始自动生成打印路径，同时喷嘴开始加热，当喷嘴温度达到260℃时，打印开始，打印结束后，使用工具将模型从工作上中取出，剥离支撑材料，即可获得产品（见图6）。

1.2.4 试验结果与分析

图6 打印完成的试验模型

分别选用层片厚度为0.15mm，0.20mm，0.25mm，0.30mm，0.35mm 和0.40mm，与A，B，C，D 四种填充密度相结合，共24种组合，分别记录打印时间，以确定层片厚度和填充密度对打印时间的影响，其结果如图7 所示。

图7 24 种组合的打印时间

从图7 中可以看出，打印时间与层片厚度和填充密度的关系较为密切，不论选用哪种层片厚度，填充密度越小，打印时间越短。其中，层片厚度为0.15mm，0.20mm 时，打印时间缩短趋势较为明显，层片厚度为其余4 项时，打印时间总体上也呈现出下降趋势，但趋势不太明显。

2 结语

通过本文的研究，3D 打印机的打印速度取决于层片厚度和填充密度等参数的选择，因此，在进行3D 打印时，要根据实际情况选择合适的层片厚度和填充密度等参数，不仅可以节省打印时间，也能够节省打印材料。3D 打印技术目前已经应用于工业制造、教育等领域，随着技术的不断成熟和发展，3D打印技术将向着智能化、通用化、精密化以及便捷化的趋势稳步发展［3］。

［1］黎震，朱江峰.先进制造技术［M］.北京：北京理工大学出版社，2012.

［2］张贞贞，陈定方.基于VC 的STL 文件读取［J］.湖北工业大学学报，2008（2）：44-46.

［3］王雪莹.3D 打印技术与产业的发展及前景分析［J］.中国高新技术企业，2012（26）：3-5.