基于PLA丝材的FDM试件机械性能分析及优化

发布时间：2016-11-27 12:05

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《大连理工大学》 2015年

基于PLA丝材的FDM试件机械性能分析及优化

汪绍兴

【摘要】：熔融沉积成型工艺(Fused Deposition Modeling)是快速成型制造领域应用较为广泛的一类技术,在工程零部件及医疗器械的生产方面发挥着重要的作用。FDM工艺的成型精度一直是此项技术的研究热点,而成型件机械性能的研究相对较少。随着新型材料的不断出现,以及工程实际的使用要求不断增多,更多的用户开始关注成型件的机械性能。改善成型件的粘结强度,提高其机械性能,成为熔融沉积成型工艺,乃至快速成型领域的研究重点。本文首先从微观层面入手,结合新型聚乳酸(PLA)材料的固有特性,对液晶态高分子聚合物丝材的粘结机理进行了阐述,并根据热焊接原理推导出丝材粘结强度的理论模型以及单片固化层的应力—应变关系公式,为后续的成型件机械性能的分析研究提供有益的理论依据。根据成型方向,成型温度,分层厚度,轮廓宽度,填充线宽,以及填充速度等工艺影响因素的不同,设置三组实验参数,加工135个试件。通过显微图像观测与拉伸试验相结合的方法,分别对试件的抗拉极限强度、杨氏模量以及拉伸应变进行分析和比较,得出了影响成型件机械性能的本质原因,同时为PLA材料在快速成型领域的应用提供了有效的数据参考。分析试验结果后得出,在XZY成型方向,当成型温度为210℃时试件的机械性能优于其他参数下的成型试件,但上述工艺参数对机械性能的具体影响程度仍有待分析。为了进一步分析分层厚度,轮廓宽度,填充线宽,以及填充速度对机械性能的影响程度,对上述四个参数进行了多指标综合优化。根据正交实验法设计九组拉伸试验,将抗拉极限强度、杨氏模量及拉伸应变的提高量作为综合优化目标。通过对试验结果进行灰关联分析,得到了综合工艺指标影响参数的主次顺序,以及多目标最佳工艺参数的优化组合方案；此外,利用Fuzzy模糊推理法对结果数据做进一步的分析,比较分析结果,得出了两种分析方法的主要区别。最后通过验证试验,证明利用模糊推理法得出的结果更具实用性和有效性。

【关键词】：
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ315
【目录】：

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