第9期 2017年9月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool &Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)09011404
D0I:10.13462/j.cnki.mmtamt.2017.09.029
基于FDM的3D打印参数优化实验研究
吕福顺，刘肖肖，程祥，郑光明，杨先海
（山东理工大学机械工程学院，山东淄博255049）
No.9 Sep.2017
摘要：以熔融沉积制造技术中常用的基体材料PLA作为对象，通过3D打印实验，对打印过程中的因素参数进行优化实验研究。利用单固素实验法和正交实验法，以打印时间和打印尺寸误差为实验指标，选取层厚、打印速度和喷嘴温度三个主要因素展开实验。实验结果表明，层厚为0.3mm，打印速度为20mm/s，喷嘴温度为200℃时，可以在保证打印质量的情况下获得最短打印时间。对打印效率
影响程度由大到小依次是层厚，打印速度，喷嘴温度，并进一步通过实验验证。关键词：3D打印；参数优化；单固素实验；正交实验
中图分类号：TH164;TG547
文献标识码：A
ExperimentalResearch on3DPrintingParameterOptimizationBased onFDM LV Fu-shun,LIU Xiao-xiao , CHENG Xiang ,ZHENG Guang-ming, YANG Xian-hai
(School of Mechanical Engineering, Shandong University of Technology, Zibo Shandong 255049, China) Abstract : Aim at the material PLA which is always used as the basic material in the fusion deposition manu-facturing, an optimal experiment for parameters in printing process has been conducted by the 3D print ex-periment. This article adopts single factor experiment method and orthogonal experiment method to proceed the experiments. The printing time and dimension errors are chosen as the experiment index, while the layer thickness, printing speed and jet temperature are considered as the three principal factors in the process of experiment. The experiment result shows that it can obtain the shortest printing time and guarantee the print-ing quality at the same time when the layer thickness is O. 3mm, the printing speed is 20mm/s and the jet temperature is 200 C. Meanwhile, the further experiment has verified that the impact of the printing effi cient in descending order is layer thickness, printing speed and jet temperature.
Key words: 3D print; optimization of parameters; single factor experiment; orthogonal experiment
引言 0
材料PLA（聚乳酸）是一种新型的生物降解材料，
使更用可再生的植物资源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。机械性能及物理性能良好,PLA适用于吹塑、热塑等各种加工方法，加工方便，应用前景十分广泛。
3D打印技术[2]，是指根据所建立的三维模型，通过打印设备逐层增加材料来制造三维产品的技术，这种逐层堆积成形技术被称作增材制造[34]。相比传统的制造技术,3D打印不用事先制造模具，在制造过程中不用去除大量的材料，也不必通过复杂的锻造工艺就可以得到最终产品。因此，通过3D打印技术，在生产上可以实现结构优化、节省材料和节约能源[5]。3D 打印技术适合于快速成型及小批量产品制造、形状复杂零件的制造、复杂形状零件的制造、模具的设计与制造等，也适合于难加工材料的制造、外形设计检查、装配检验和快速反求工程等6」。因此，3D打印产业受到
了国内外越来越广泛的关注，必将成为发展前景广阔的朝阳产业。
熔融沉积制造（FDM）工作原理是将加工成丝状的热熔性材料（PLA、ABS、蜡等），经过送丝机构送进热熔喷嘴，在喷嘴内固态丝状材料被加热熔融，同时喷头沿零件分层打印轨迹运动，并将熔融的材料挤出，使其沉积在指定的位置后凝固成型，与前一层成型材料产生粘结，层层堆积最终形成产品模型。熔融沉积制造（FDM）工艺是3D打印领域的一种快速成型加工方法，以其操作简单，成型速度快成为3D打印领域中的关键技术。打印效率是3D打印中重要评价标准，包括打印时间和打印质量。而在影响打印效率的因素中，层厚、打印速度和温度起主要影响作用，因此打印过程中各因素参数的合理选取与优化显得至关重要。
本文针对PLA材料，对熔融沉积（FDM)3D打印的工艺参数进行分析，通过进行实验模型构建，分析打
收稿日期：2017-04-12
*基金项目：山东省自然科学基金（ZR2015EL.023）；山东省重点研发计划项目（2016GGX103015）
作者简务另数据992—），男，山东潍坊人，山东理工大学硕士研究生，研究方向为数控技术与装备，（E-mail)664568379@qq.com。