FDM工藝參數對3D打印件微觀結構及耐磨損性能的影響

魔猴君  行業資訊   2160天前

近期，利比亞的班尼瓦利德高等工程技術學院機械工程系的研究人員采用確定性篩選實驗設計（definitive screening design，DSD）方法，探討層厚、空氣間隙、填充角度、3D打印方向、擠出絲寬以及外殼圈數等FDM工藝參數對PC-ABS打印件耐磨損性能的影響。

圖1. FDM工藝參數

磨損試驗在24℃干燥環境下，以10N正壓力作用在高35mm，直徑6mm的試樣上，摩擦頭轉速300r/min，每個試樣摩擦10000轉后測試計算磨損量。磨損量（Specific wear rate，SWR）的計算公式如下：

結果顯示，隨層高的增加，試樣的SWR值升高（即耐磨損性能降低）。通過觀察0.1mm和0.3mm層的試樣，較低的層高設置打印出的試樣具有更好的打印質量和表面質量，從而降低了接觸面的摩擦力。由于空氣間隙的增加產生了孔隙結構，從而降低了試樣的密度，導致SWR值下降。填充角度的增加引起了磨損率的顯著降低，因為當填充角度為90°時，擠出絲的打印方向與試樣寬度方向平行，各填充角度的試樣表面結構見圖2。而不同的打印方向產生不同程度的階梯效應，從而影響磨損性能。當擠出絲和外殼圈數為中間值時，試樣具有更好的耐磨損性能。

圖2. （a）主要效果圖；（b）不同光柵角度對零件表面的影響

該研究采用確定性篩選設計來研究FDM工藝參數對比磨損率的影響。總結得出，光柵角度、層厚、打印方向和外殼圈數是影響FDM打印件磨損性能的最顯著的參數。其中磨損率隨著層厚和打印方向的減小而減小，但隨著光柵角的增加而減小。此研究探討了工藝參數與磨損機理之間關系，并檢測打印件的實際磨損程度和微觀結構，同時也為FDM工藝參數對其他材料磨損性能的影響，提供了理論基礎。

參考文獻：

Ahmed M O , Hasan M S , Lal B J . Analysis of wear behavior of additively manufactured PC-ABS parts[J]. Materials Letters, 2018, 230:261-265.

來源：中國3D打印網