FDM过程中对成型件质量的影响因素分析？

【FDM过程中对成型件质量的影响因素分析】
1?、?材料性能的影响：材料性能的变化直接影响成形过程及成形件精度，材料在工艺过程中要经过固体?熔体?固体的2次相变，在凝固过程中，由材料的收缩而产生的应力变形会影响成形件精度。如ABS树脂，其收缩的因素主要有2点：
（1）热收缩。即材料因其固有的热膨胀率而产生的体积变化，它是收缩产生的最主要原因。由热收缩引起的收缩量：




（2）?分子取向的收缩。成形过程中,熔态的ABS分子在填充方向上被拉长，又在随后的冷却过程中产生收缩，而取向作用会使堆积丝在填充方向的收缩率大于与该方向垂直的方向的收缩率。
       故而为了提高精度，就应减小材料的收缩率。这可通过改进材料的配方来实现，而最基本的方法是在设计时考虑收缩量进行尺寸补偿。在目前的数据处理软件中，只能在X，Y，Z3个方向应用?收缩补偿因子?，即针对不同的零件形状和结构特征，根据经验采用不同的因子大小，这样零件成形时的尺寸实际上是略大于CAD模型的尺寸，当冷却凝固时，设想按照预定的收缩量，零件尺寸最终收缩到CAD模型的尺寸。
2、?喷头温度和成形室温度的影响：喷头温度决定了材料的粘结性能、堆积性能、丝材流量以及挤出丝宽度。喷头温度太低，则材料粘度加大，挤丝速度变慢，这不仅加重了挤压系统的负担，极端情况下还会造成喷嘴堵塞，而且材料层间粘结强度降低，还会引起层间剥离;而温度太高，材料偏向于液态，粘性系数变小，流动性强，挤出过快，无法形成可精确控制的丝，制作时会出现前一层材料还未冷却成形，后一层就加压于其上，从而使得前一层材料坍塌和破坏。因此，喷头温度应根据丝材的性质在一定范围内选择，以保证挤出的丝呈熔融流动状态。试验表明，对改性聚丙稀这种材料，喷嘴温度应控制在约230?℃。
       成形室的温度会影响到成形件的热应力大小，温度过高，虽然有助于减少热应力，但零件表面易起皱；而温度太低，从喷嘴挤出的丝骤冷使成形件热应力增加，容易引起零件翘曲变形，由于挤出丝冷却速度快，在前一层截面已完全冷却凝固后才开始堆积后一层，这会导致层间粘结不牢固，会有开裂的倾向。试验证明，为了顺利成形，应该把成形室的温度设定为比挤出丝的熔点温度低1~2?℃。
3、?挤出速度的影响：挤出速度是指喷头内熔融态的丝从喷嘴挤出速度，单位时间内挤出丝体积与挤出速度成正比。在与填充速度合理匹配范围内，随着挤出速度增大，挤出丝的截面宽度逐渐增加，当挤出速度增大到一定值,挤出的丝粘附于喷嘴外圆锥面，就不能正常加工。
?4?、填充速度与挤出速度交互的影响：填充速度应与挤出速度匹配，填充速度比挤出速度快，则材料填充不足，出现断丝现象，难以成形。相反，填充速度比挤出速度慢，熔丝堆积在喷头上，使成形面材料分布不均匀，表面会有疙瘩，影响造型质量。因此，填充速度与挤出速度之间应在一个合理的范围内匹配，应满足：



5、分层厚度的影响：分层厚度是指在成形过程中每层切片截面的厚度。由于每层有一定厚度，会在成形后的实体表面产生台阶的现象，这将直接影响成形后实体的尺寸误差和表面粗糙度。对FDM工艺而言，完全消除台阶现象是不可能的，一般来说，分层厚度越小，实体表面产生的台阶越小，表面质量也越高，但所需的分层处理和成形时间会变长，加工效率低。相反，分层厚度越大，实体表面产生的台阶也就越大，表面质量越差，不过加工效率则相对较高。为了提高成形精度，可在实体成形后进行打磨，抛光等后处理。
6?、成形时间的影响：每层的成形时间与填充速度，该层的面积大小及形状的复杂度有关。若层的面积小，形状简单，填充速度快，则该层成形的时间就短；相反，时间就长。在加工时，控制好喷嘴的工作温度和每层的成形时间，才能获得精度较高的成形件。经过反复试验总结出：在加工一些截面很小的实体时，由于一层的成形时间太短，往往难以成形，因为前一层还来不及固化成形，下一层就接着再堆，将引起?坍塌?和?拉丝?的现象。为消除这种现象，除了要采用较小的填充速度，增加成形时间外，还应在当前成形面上吹冷风强制冷却，以加速材料固化速度，保证成形件的几何稳定性。而成形的面积很大时,则应选择较快的填充速度，以减少成形时间，这一方面能提高成形效率，另一方面还可减小成形件的开裂倾向，当成形时间太长时，前一层截面已完全冷却凝固，才开始堆积后一层，将会导致层间粘接不牢固。

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