聚乳酸（PLA）3D打印薄板制件精度研究

李真真　冯婧　闫丽静　姜炳春

摘 要：采用FDM3D打印方式制备了薄板制件，研究了打印速度、填充方式及层厚等工艺参数对制件表面粗糙度以及制件尺寸精度的影响。结果表明，为得到较好的表面质量，应采用的最佳打印填充方式顺序为：绕直线型>直线型>同心型；对薄板制件，要得到较好的表面质量和尺寸精度，最佳打印速度为30mm/s，最佳分层厚度为0.2mm；在实际打印参数的设置过程中，应特别注意打印速度对薄板制件整体质量的影响。

关键词：3D打印 薄板制件 工艺参数 精度

中图分类号：TQ32 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）01（c）-0097-02

熔丝堆积（Fused Deposition Molding，FDM）成型技术也称为熔融沉积制造、熔融挤出成型技术[1]。FDM具有高效、节省材料、为设计者提供无限的设计空间等特点[2]，在制备功能性测试制件、模型制造及模具制造等方面得到了广泛应用[3]。但目前由于其成型的塑料制品还存在表面质量差和翘曲变形等缺点，所以限制了其工业化的进程[4]。

对FDM技术而言，制件精度的影响因素主要有材料的性能和工艺参数两方面[1]。材料的性能指材料的热收缩和分子取向收缩，其中，热收缩不但与材料的热膨胀系数、成型过程中的温度差有关，同时还与制件的尺寸有关[5]。为此，本文选择以轮廓尺寸比厚度尺寸大很多的薄板制件为研究对象，主要分析了打印速度和填充方式對制件表面粗糙度的影响以及打印速度和层厚对制件尺寸精度的影响，以期为FDM制件精度的进一步提高提供实验参考。

1 实验部分

1.1 实验材料

具体情况见表1。

1.2 实验仪器

具体情况见表2。

1.3 试样的制备

本次实验使用的是珠海天威控股有限公司自主研发的CoLiDo2.0桌面级3D打印机，打印机精度可达0.1mm，采用单喷头系统，成型材料为丝状PLA，细丝直径为1.75mm，喷嘴直径为0.4mm，玻璃化平台标准温度为70℃，打印薄板制件的尺寸为80mm×80mm×6mm。

本实验共设计了两组实验，第一组主要研究打印速度和填充方式对制件表面粗糙素的影响；第二组在参考第一组的结果的基础上，主要研究打印速度和层厚对制件尺寸精度的影响。详细打印参数分别见表3、表4。

2 结果与讨论

2.1 打印速度和填充方式对制件表面粗糙度的影响

由表4可以看出，随着薄板制件打印速度的增加，其表面粗糙度值也随之增大，表面也越粗糙。当把制件的打印速度设置在30mm/s时，能得到最好的表面粗糙度。在打印的填充方式中，直线型填充和绕直线型填充所得到制件的表面粗糙度值接近，对制件的表面粗糙度影响相对较小。其中，薄板制件绕直线型填充方式得到的表面质量最好。同心型填充得到的制件表面粗糙度值最大，表面最为粗糙。这个结果也与粗糙度曲线的波形相对应。为打印得到较好的表面质量，应采用的最佳填充方式顺序为：绕直线型>直线型>同心型。

2.2 打印速度和层厚对制件尺寸精度的影响

通过第一组实验结果知道，绕直线型填充方式的表面质量最好，故第二组实验中全部选择绕直线型填充方式。

对表5中的测量数据进行分析，发现在相同条件下打印出来的薄板制件在不同方向上的尺寸精度也不尽相同。当打印速度为30mm/s时，随分层厚度的增加，制件的尺寸精度误差呈现由大到小再到大的变化趋势；当分层厚度为0.2mm时，成型制件在三个方向上的尺寸精度误差最小。设定分层厚度为0.2mm，随着打印速度的增加，成型制件尺寸误差也越来越大。当打印速度为80mm/s时，成型制件产生了比较明显的翘曲变形。同时，对比打印速度和分层厚度两个工艺对薄板制件尺寸精度的影响，可以看出，打印速度对薄板制件的尺寸精度影响相对较大。实际打印过程也证明，挤出速度越快，加工时间越短，薄板成型制件成型产生的尺寸精度误差就越大，也越容易产生变形。

3 结论

（1）为得到较好的表面质量，应采用的最佳打印填充方式顺序为：绕直线型>直线型>同心型。

（2）对薄板制件，要得到较好的表面质量和尺寸精度，最佳打印速度为30mm/s，最佳分层厚度为0.2mm。

（3）在实际打印参数的设置过程中，应特别注意打印速度对薄板制件整体质量的影响。

参考文献

[1] 韩霞.快速成型技术与应用[M].机械工业出版社， 2016：48-59.

[2] LI Y X，CAO G C，XIE L，et al.Optimization analysis of cooling process of 3D-printing in FDM//Joint international me-chanical，electronic and information technology conference（JI-MET 2015）[A].Atlantis：Atlantis Press[C].2015：925-928.

[3] 严道发.模具制造中3D打印技术的应用研究[J].太原城市职业技术学院学报，2016（7）：177-179.

[4] 迟百宏，解利杨，高晓东，等.FDM工艺中构建取向对塑料制品力学性能的影响[J].塑料，2015，44（4）：40-42.

[5] 何新英，陶明元，叶春生.FDM工艺成形过程中影响成形件精度的因素分析[J].机械与电子，2004（9）：77-78.