3D打印工艺参数对制品性能影响研究

3Ｄ打印温度的控制至关重要，既要保证材料充分熔融，又要保证3Ｄ打印温度不能太高而导致材料分解。因此，四种TPU材料的在3Ｄ打印过程中温度的设置应低于初始分解温度260°Ｃ。

虽然每个应变状态下拉伸回复过程都会产生滞后现象，但同一应变状态下随着循环拉伸回复次数的增多，滞后现象逐渐减弱。表明了随着TPU材料拉伸回复过程的增多，在同一应变状态下，材料的拉伸回复曲线将越趋近于达到稳定状态。因此，截取了每一应变状态下第五次趋于稳定的拉伸回复曲线与单轴拉伸曲线进行对比分析。四种TPU材料各应变作用下的最高点基本与单轴拉伸曲线对应的应力应变相吻合，证明了等双轴拉伸数据的准确性。

同时，由于滞后现象，所以每次拉伸回复曲线并不重合，其围成的环称为滞后环，滞后环的面积代表一个拉伸回复过程中所损耗的功的大小。此外，轮胎在高速行驶过程中受到循环往复的作用力，类似于双轴拉伸状态，所以每一个滞后圈面积所对应的损耗功大小在一定程度下也代表了轮胎行驶过程中对能量的损耗。截取的每一应变作用下第五次拉伸回复曲线己基本趋于稳定，所以采用此时滞后环的面积则更能准确代表轮胎实际运动过程中对能量的损耗。

非充气轮胎在行驶过程中各部位受力情况一直在发生变化，所以轮胎材料一直收缩和回复状态下循环往复，为了更好模拟材料在拉伸收缩状态下的耐用性，对四种TPU材料进行了曲挠实验。

实验过程中四种TPU材料在曲挠试验机上由于受力进行不断的折叠回复过程。材料的各级曲挠次数代表着材料受到相同作用力时其耐破损性的能力。因此材料的曲挠次数越多，则材料的耐破损性越好，同时材料在制作轮胎时轮胎的使用寿命也越长。从图中数据对比分析来看，由于LANXESS－PC930在各级曲挠次数上最大，则选择其制作非充气轮胎，最终成型的非充气轮胎在使用寿命更长。

研究中通过对几种TPU材料各方面性能的对比分析，筛选出了在综合性能上相对优异的LANXESS－PC930。由于本论文中将釆用FDM的3Ｄ打印技术进行非充气轮胎的制备，而FDM技术其3Ｄ打印工艺参数对最终成型制品的性能影响较大。因此为了更好的保证最终成型非充气轮胎的性能，对FDM技术的3Ｄ打印工艺进行了研究分析。首先测试分析了TPU材料的流变性。然后采用JGRW线材结合FDM打印机探宄了其3Ｄ打印工艺与成型制品性能的关系，并根据探究结果优化了3Ｄ打印工艺参数。

基于FDM的3Ｄ打印技术，其3Ｄ打印材料的流变性能对3Ｄ打印稳定性影响较大。因此，本章节实验中结合LANXESS－PC930、LANXESS－PR930、JGRW－线材、ＰＭＡＸ－线材四种TPU材料研宄了材料的流变性性能。首先通过熔融挤出仪和毛细管流变仪测试分析了四种TPU材料的的熔融指数，对比熔融指数来初步判断FDM打印成型中3Ｄ打印温度的设置和四种丝状线材的流动性的大小。然后在熔融挤出仪测试结果的基础上，采用毛细管流变仪的加热挤出过程去类比FDM技术3Ｄ打印时材料从喷嘴挤出的过程，对LANXESS－PC930的流动性进行详细研究。

本实验中所使用的3Ｄ打印机型号为弘瑞3Ｄ打印公司的Ｚ400。实验过程中使用JGRW－线材进行标准拉伸样条的3Ｄ打印成型，然后通过3Ｄ打印标准拉伸样条的拉伸强度和样条断面的扫描电镜形貌来研宄3Ｄ打印工艺参数对制品性能的影响，标准拉伸样条模型。

3Ｄ打印温度的探宄，通过设置不同的3Ｄ打印温度并保持其他3Ｄ打印参数不变，3Ｄ打印标准拉伸样条，并测试拉伸样条的拉伸强度来对比3Ｄ打印温度对制品性能的影响。同时由于非充气轮胎尺寸较大，采用FDM技术3Ｄ打印成型时间长，而降低3Ｄ打印填充率可以缩短打印时间。因此为了提高3Ｄ打印非充气轮胎的效率，研究了3Ｄ打印填充率对最终成型零部件打印质量的影响。

上一篇：FDM技术下3D打印温度与填充率研究
下一篇：3D技术赋能医疗植入物与设备发展