外力压缩作用下FDM构件力学性能影响因素分析

王铎，沈振辉，杨拴强

（福建江夏学院 工程学院，福建 福州 350108）

增材制造技术（AM）简称3D打印，是快速成型技术之一[1-3]。通过计算机建立软件模型，再将三维模型进行“切片/分区”成逐层截面，打印过程中依据“分区”的二位轮廓逐层堆积材料，从而形成三维立体模型[4]。3D打印可以制造任意形状的产品，制造工序简化，产品生产工期缩短，生产成本降低，节约材料等优势，该技术已经逐渐能够代替传统加工零件，由于应用领域广泛，受到越来越多的关注，成为近年来全球最热门的高端技术之一[5-6]。

材料与设备是制约3D打印发展的瓶颈。目前打印材料的研发难度比设备的研发难度更大，因此材料的发展程度决定了3D打印推广和应用的程度[7-8]。所以欧美和日本等国家都对3D打印材料投入大量研究，以此争抢21世纪制造业的战略优势[9]。3D打印材料中，聚合物材料的成型方式最多，如FDM、SLS和SLA等，应用于FDM工艺的材料主要有ABS、聚乳酸(PLA)等。

在FDM工艺中，部件的机械强度（如压缩强度、拉伸强度，弯曲强度）和表面粗糙度是高度各向异性的[10-11]。最终制造零件的强度、粗糙度和几何精度取决于各种工艺参数，如轮廓宽度、光栅角度、光栅宽度、层厚、零件方向、气隙和机器设置[12]。选择最佳的工艺参数设置，可以有效提高机械强度、表面粗糙度和几何精度。如何提高3D打印制品的力学强度问题已经成为现阶段国内外学者的研究热点。

1 目前技术水平

Dawoud等通过调整光栅角度和气隙密度等手段，采用冲击、拉伸和弯曲变形等力学测试分析其对FDM制成品的影响，实验结果反映出在FDM工艺中采用适当的设计参数，FDM制成品的力学性能可以达到传统注塑制品的力学性能[13]。……