王琛?陸雪億?訾然?段佩姚
摘 要:通過正交實驗設計,選取成型壁厚、成型層厚、填充率為正交試驗影響因子,探究FDM快速成型工藝機械性能的影響因素,以提高打印模型的機械性能。
關鍵詞:正交實驗;機械性能
熔融沉積快速成型由于材料性能和加工工藝的影響,成型件的機械性能表現(xiàn)不同。[1]FDM快速成型機不同工藝參數(shù)的設置對打印模型的機械性能影響較大。[2]本文通過正交試驗法,探究FDM快速成型工藝機械性能的影響因素。
1 實驗設計
本文研究使用型號為HoFi-2型快速成型機。根據(jù)快速成型機加工參數(shù)分類,選取加工壁厚、成型層厚、填充率為正交試驗的影響因子,[3]定義如下:
加工壁厚:FDM控制程序對三維實體模型切片時,最外層輪廓向內偏置的距離,成型件壁厚的范圍與其大小和形狀相關。[4]
成型層厚:FDM控制程序對三維實體模型切片時相鄰兩層之間的高度,本次試驗使用的快速成型機的成型層厚在0.1~0.3mm之間。
填充率:又稱“密度”。擠出頭在填充時,模型內部既有填充區(qū)域,又有未填充區(qū)域,填充區(qū)域占整體模型的比例就是模型填充率,范圍在0%~100%之間。
2 實驗過程
參考塑料拉伸試驗方法《GB/T1040.2-2006塑料拉伸性能測定》中的“模塑和擠塑的試驗條件”部分。[5]使用1BA型試樣。[6]通過UG軟件建立試件模型,以同樣的切片精度,導出STL文件。本實驗主要評定試件的抗拉強度,使用萬能力學試驗機進行抗拉強度測量。根據(jù)加工壁厚、成型層厚、填充率的參數(shù)組合(如表1),設置HoFi-2的加工參數(shù),制作9組試件。對9組試件進行抗拉強度測量,實驗方案及結果計算見表2。
第一,正交因素水平表如表1所示。
第二,實驗方案及結果計算見表2。
第三,方差分析見表3。
3 實驗分析
分析表2(數(shù)據(jù)計算表)、圖1(抗拉強度極差圖)和表3(方差分析表)可以得出以下結論:
第一,從表2和圖1中可以看出,填充率A以A3為最好。因為填充率所屬列中K1、K2、K3比較結果為K3最大,抗拉強度值也最大。因此,在0%~100%的填充率范圍內,數(shù)值越大,成型件抗拉強度值也越大。
第二,從表2和圖1中可以看出,成型層厚B以B3為最好。因為成型層厚所屬列中K1、K2、K3比較結果為K3最大,抗拉強度值也最大。因此,在0.1~0.3mm切片厚度范圍內,切片厚度越小,成型件抗拉強度值越大。
第三,從表2和圖1中可以看出,成型壁厚C以C1為最好。因為擠出速度所屬列中K1、K2、K3比較結果為K1最大,抗拉強度值也最大。因此,在一定成型壁厚范圍內,壁厚值越大,成型件抗拉強度值也越大。
第四,從表3中可以得出,因素B在顯著水平為0.1上是顯著的,因素A在顯著水平為0.01上是高度顯著的,而因素C不顯著。
第五,從圖1中可以看出,本次實驗最優(yōu)組合為A3B3C1,這個組合并不包含在實驗設計中,更能說明實驗的效果明顯。對此實驗結果繼續(xù)驗證,按該組合對應的參數(shù)制作試件,對該試件進行拉伸試驗,測得其抗拉強度為27.372Mpa。高于實驗設計表格中抗拉強度最大值26.752Mpa。說明A3B3C1為最優(yōu)方案。工藝參數(shù)優(yōu)化組合如表4。
參考文獻:
[1] 王琛,蔣玉婷,陸雪億.拼合蛋椅模型的設計與制作[J].藝術科技,2019(09):71.
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[3] 藺秀媛,閆小星,尹太玉.多功能臥具設計分析[J].藝術科技,2019(07).
[4] 第燁,靳文奎.基于老年人懷舊傾向的交互產品設計研究[J].戲劇之家,2019(14):141-143.
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[6] 姚月姝,祁憶青,王丹.冬季室內有害揮發(fā)物釋放特征及防治措施[J].家具,2018,39(2):11-14+23.
作者簡介:王琛,男,南京林業(yè)大學家居與工業(yè)設計學院實驗師,主要研究方向:工業(yè)設計工程。