填充速度对制件拐角轮廓部位熔融沉积精度与打印效率的影响

陈松茂 陈宇林

(华南理工大学 机械与汽车工程学院,广东 广州 510640)

熔融沉积3D打印技术(Fused Deposition Mo-delling,FDM)具有简单便捷、成本低廉和环境友好等优点[1- 2]，被广泛应用于制造领域[3- 7]。然而受材料性能、台阶效应等多因素制约，制件质量并不十分理想，尤其是非直线外轮廓区域[8- 9]。

三维模型切片后，每一层外轮廓可大致分为直线轮廓、拐角轮廓和曲线轮廓3种类型。理论上，熔融沉积直线轮廓时，没有材料重复沉积或漏沉积现象，成形精度和表面质量较好；而拐角或曲线轮廓则存在重复沉积区或漏沉积区缺陷且精度偏差较大。以拐角轮廓为例，可分为凸角和凹角两种，如图1所示。图1中圆形虚线表示喷嘴孔投影，虚直线表示喷嘴扫描轨迹，粗实线表示模型当前层切片外轮廓，α表示拐角角度大小。

由图1可见，凸角和凹角处均不可避免地存在重复沉积区和漏沉积区两种结构缺陷。其中：①填充凸角轮廓时，漏沉积区会直接增加轮廓精度误差和表面粗糙度值；重复沉积区中材料重复堆积并挤压轮廓线向外扩张，也会增加该误差。②凹角轮廓漏沉积区所缺材料可以在填充制件内部区域时给予弥补，但重复沉积区中材料重复堆积并挤压轮廓线会引起轮廓精度误差。③拐角角度越小，重复沉积区和漏沉积区面积越大，对轮廓的成形精度和表面质量影响越大，凸角中更为明显。④凸角或凹角的重复沉积区或漏沉积区面积理论上是几何对称、大小相等的，其函数关系与曲线分别如式(1)、图2所示(图中示例采用孔径为φ0.4 mm的喷嘴)。……