增材制造报告西北工业大学一、实验背景3D打印技术也称增材制造技术，加工过程中打印材料通过打印机喷嘴挤出，逐层累积、叠加，进而完成整个制造过程。其具有高效率、低成本、能够加工形状复杂的制件、无加工废料等特点，为零件的加工制造提供了一种新方法。近年来，3D打印技术在工业中的应用成为研究重点，但由于其逐层叠加的加工方式，层与层之间的结合是通过固体物料和熔融物料相互粘接来实现，由此导致了试样打印表面品质较差问题的同时，也导致了试样力学性能相对较低，这成为限制其在工业领域广泛应用的关键因素。提高打印制品的力学性能和打印精度是3D打印技术的一个重要研究方向。二、实验目的研究3D打印关键工艺参数（填充密度、打印层高、打印壁厚和打印温度等等）及试件结构对聚乳酸（PLA）试样剪切强度的影响。三、试件制作参数首先，利用Solidworks软件设计试样的3D模型，保存为STL格式；其次，把STL文件导入Cura软件中，导出gcode格式文件放入打印机中便可以打印。白色试件的打印参数为Cura软件上显示的，红色试件打印参数为雷老师提供的。白色试件设定的参数为：品质层高出丝宽度侧丝圈数送料倍率0.20.43100填充顶部层数底部层数填充密度2215%速度&温度打印速度（mm/s）喷头温度热床温度（°C）关闭热床层数4021545100支撑&成型支撑角度支撑密度工作台附着方式成型方向2015网格沿侧面向上红色试件参数为：打印温度（°C）沉积角度填充密度成型方向20090°/0°100%沿轴线向上四、简支梁的力学分析试件长100mm，重10g,材料为聚乳酸PLA，分别在试件10mm,90mm处放置支撑，在试件中心施加负载，下图是在材料力学分析软件上关于剪力与弯矩的分析图，依据此剪力图与弯矩图，设计试件形状。（图中施加的力大小为30N）TITI053'0.0TimJoLoaReactio600.00.0Load[Aagram叩・100a15.00=0=-ShearDiagrani-15.00o0.00konanareaform口世detsila15-0.00五、solidworks建模与仿真根据弯矩图的形状，我们的试件也设计成中间厚，往两端方向逐渐减薄，同时为了方便两个方向的测试，我们设计成了轴对称结构，使其两个方向的惯性矩相同。以下为设计图与受力仿真图。图中颜色代表应力大小，观察图中仿真结果，颜色分布基本均匀，没有应力集中或突变的地方，所以此设计结构较为合理。其中仿真中的材料参数根据下面PLA材料参数表设计。邵氏谨敢力.E邵氏谨度DS5.8极限抗拉强度46EMPa幼向屈腕强度30^MPa噬问屈股强度26.£MPa363MPs3264.020.634，后服性性曲一•断屈弹0.6022.79GPaO.i96N/t9x77.5MPa纵冋正割模臺3.35GPa堀向正劃橈宣3.8SGPA无玦口冲击1.3JJ.-'ccn无玦口冲击G.19J/cm更祗无玦口冲占”9J九席复氏有玦口冲击0.780J.-'cm2撕裂轻度76.7kN/m纵向埃尔门冬夭撕裂强度H42&g/mi匚run橫向t矣尔门爹天撕裂强度0-610g/mwcron落锤冲击测试恺能凰347J/C0R轨问潭履拉诩断裂强度437MPa横向蒲膛拉诩新裂强.贋6Q5MPA言曲榄蚩387GPa六、实验结果与分析试件断裂结果如下图实验数据结果白色试件红色试件应力大小2.4Mpa12.8Mpa以上两个应力都为切应力，可以看出，两个试件的数据差异较大。对比两个试件的打印参数进行分析，首先是填充密度，白色试件的填充密度为15%，红色试件的填充密度为100%。填充密度是指线料在打印试样外形结构内填充的密实程度。填充密度为100%时为完全填充，此时打印试样为完全密实的实体；填充密度为零时为无填充，此时打印试样为内部无填充的壳体填充密度在0~100%之间时，打印试样内部形成空间网状结构。很显然，在两个试件的打印温度大致相同的情况下，密度大的红色试件承受的切应力也较大经查阅资料可知为使PLA物料熔融充分，打印温度需要设定在190°C以上，打印温度为210C时，试样的拉伸强度达到最大，打印温度为220C时，断裂伸长率达到最大。两个试件的打印温度分别为210度与200度，温度导致的差异不明显。其二是打印成型方向，白色试件是沿侧面向上成型，红色试件是沿轴线向上成型，这也是造成差异的原因。七、与其他小组的结果对比下图中从上到下的红色顺序即为组号顺序第一组第二组第三组第四组白色试件(Mpa)5.42.44.06.7红色试件(Mpa)4.112.89.38.1除了第一组外，其余组...
