摘 要

3D打印技术作为一种新兴的三维打印制造技术，近些年来一直广受关注。由于其制造过程简单、材料利用率高、价格低廉、设计成本低等优点，目前3D打印技术已经被熟练地使用在各行各业之中，尤其是在高分子制品的制造过程当中，但是目前对于3D打印参数对于制件性能影响的研究仍较少。

本文主要针对3D打印对高分子材料制品的性能影响进行分析和研究，通过对不同打印工艺参数下高分子制品的力学性能、打印精度进行测试，从而得出不同打印参数对制件成型的影响关系。其次通过正交实验的方法，测试不同工艺参数组合对制件性能的影响，通过测试其打印质量得出最佳的打印工艺参数组合。研究结果表明，最佳的工艺组合参数是当层片厚度0.3 mm，密封层角度60°，密封表面层5层，支撑间隔12 Lines时，制品打印效果最好。

关键词：3D打印；高分子制件；工艺参数；性能；精度

Abstract

3D printing technology as a new three-dimensional print manufacturing technology, has been widely concerned in recent years. Because of its simple manufacturing process, high material utilization, low cost, low design cost, the current 3D printing technology has been skillfully used in all walks of life, especially in the manufacturing process of polymer products, 3D printing technology The rapid rise of all enterprises now competing to study the object.

This paper mainly analyzes and studies the effect of 3D printing on polymer materials .The mechanical properties and the printing precision of the polymer products under different printing process parameters are tested to obtain the influence of different printing parameters on the forming of the parts and the best combination of the printing process parameters is obtained by testing the print quality. For future use of the device for 3D printing work, the choice of process parameters on the selection and recommendations.The results show that the best combination of the parameters is when the thickness of the lamella is 0.3 mm, the sealing angle is 60 °, the sealing surface layer is 5 layers and the support interval is 12 Lines.

Key words：3D printing; polymer parts; process parameters combination; performance testing

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 1

1.3 传统高分子材料的成型方法 2

1.4 高分子材料在3D打印中的成型方法 2

1.5 研究目的及意义 5

1.5.1 论文的研究目的 5

1.5.2 论文的研究意义 5

1.5.3 论文的主要内容 5

第2章 实验部分 6

2.1 原材料 6

2.1.1 材料参数 6

2.1.2 材料特性 6

2.1.3 PLA作为3D打印材料的优点 6

2.2 实验设备 7

2.2.1 3D打印机 7

2.2.1 拉伸、弯曲测试仪器 8

2.3 试验方案设计 8

2.3.1 基于正交试验法的参数对比 8

2.3.2 工艺路线 9

2.3.3 研究方案 10

2.3 试样制备 10

2.3.1 拉伸试样制备 10

2.3.2 弯曲试样制备 11

2.3.3 精度测试样品制备 12

2.4 性能测试 12

2.4.1 拉伸性能测试 12

2.4.2 弯曲性能测试 14

2.4.3 打印精度测试 14

第3章 性能测试及分析 16

3.1 层片厚度对制品性能的影响 16

3.1.1 对力学性能影响 16

3.1.2 对打印精度的影响 17

3.2 密封表面角度对制品性能的影响 18

3.2.1 对力学性能的影响 18

3.2.2 对打印精度的影响 19

3.3 密封表面层数对制品性能的影响 20

3.3.1 对力学性能的影响 21

3.3.2 对打印精度的影响 22

3.4 支撑间隔对制品性能的影响 23

3.4.1 对力学性能的影响 23

3.4.2 对打印精度的影响 24

3.5 最佳工艺参数组合的选择 25

3.6 PLA改性对制品性能的影响 27

3.6.1 PLA改性实验 27

3.6.2 改性后的PLA丝材力学性能测试 28

第4章 结论 30

参考文献 31

致谢 32

第1章 绪论

1.1 研究背景

随着现代社会的高速发展，要求企业能够迅速回应市场的需求状况，而就传统制造业而言，完成一件新的产品要经过产品设计、模具设计生产、生产工艺方案的制定、夹具的设计加工等步骤^[1]，生产和设计周期长。这对于企业抢占市场来说无疑是致命的。这个时候企业就需要一种全新的制造技术来改变这种局面，而它就是3D打印制造技术。

3D打印技术主要通过三维软件如CAD、ProE、UG等进行产品的3D设计，创建完3D模型之后将文件输入到打印机中，然后再进行打印^[2]。与传统的注塑成型相比，从三维出发，然后转化成二维层次，通过逐层打印，叠加积累成所要的产品^[3]，这样一来大大降低了产品的设计难度，而且可以明显缩短在生产某些零件上的时间，无需考虑生产工艺问题，也不需要设计模具、夹具等，大大减少了生产成本；同时3D打印是由数字化终端进行控制，生产灵活，并且因为它特有的逐层打印制造的生产方式，它可以生产出很多常规技术无法生产出的零件和结构^[4]。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

世界上第一台3D打印机出现于上个世纪的美国。后来，S.C发明了FDM技术，并以此技术成立了一家公司，开始卖出他的第一台商用3D打印机^[5]。尔后的几个世纪各国均加大了在该项技术上的研究力度，目前为止已经初见成效，相应的科研成果也正在被应用到实际生产中。目前美国的3D打印产业位居全球领先位置，约占市场份额的60%^[6]。

随着3D打印技术的推广，该项技术却开始遭到许多人的质疑，因为这项技术只能做一些简单的模型，而且力学性能和打印精度都达不到工业使用的尺度。直到2008年， “Darwin”的出现才又一次让人们看到了3D打印技术的希望，目前3D打印技术在欧美已经得到了普遍使用^[7]。

1.2.2 国内研究现状

我国在该项技术上的研究起步并不是很晚，但国内的技术水平大多只停留在原型上，并没有太多研究成果转换成为产品，所以3D打印技术的产业化进程在中国发展的很慢，每年国内相关设备产品的销售大都是卖给高等学校、技术培训等教育领域^[8]。