设计实验,以比较聚乳酸的机械性能,使用材料挤出三维打印基于网络物理生产系统的热参数
Miguel Castillo1, Roberto Monroy1, Rafiq Ahmad1
1Smart & Sustainable Manufacturing Systems Laboratory (SMART LAB), Department of Mechanical Engineering, University of Alberta, Edmonton, AB T6G 1H9, Canada.
Sensors (Basel, Switzerland)
|December 23, 2023
概括
优化融沉积建模 (FDM) 3D打印涉及控制层厚度和挤出温度等热参数,以显著提高聚乳酸 (PLA) 部件的最终抗拉强度 (UTS).
科学领域:
- 添加剂制造 添加剂制造 添加剂制造
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机械工程 机械工程
背景情况:
- 化沉积模型 (FDM) 对大规模增材制造至关重要.
- 在FDM中实时监测机械性能对于关键应用至关重要.
- 了解温度配置文件和最终抗拉强度 (UTS) 之间的联系是提高FDM过程控制的关键.
研究的目的:
- 通过使用网络物理生产系统 (CPPS) 研究关键热参数对聚乳酸 (PLA) 的拉伸性能的影响.
- 为了建立温度配置文件和粘合强度在层粘附和部分固化期间之间的相关性.
- 为了确定影响FDM打印PLA零件UTS的最有影响力的热参数.
主要方法:
- 利用网络物理生产系统 (CPPS) 进行实时监控和分析.
- 实现了Taguchi L-9阵列和实验的完整因数设计.
- 分析了沉积线的局部化温度概况,并将它们与拉伸性能相关联.
主要成果:
- 层厚度,印刷速度和挤出温度被确定为对UTS最有影响的因素,床温度的影响最小.
- 最终抗拉强度 (UTS) 值在46.38MPa至56.19MPa之间,显示潜在增加约为17%.
- 参数变化对UTS和温度配置文件的影响是非线性的,层厚度在0.6毫米时显示出显著更大的影响,而0.4毫米时则显著更大的影响.
结论:
- 在沉积,粘附和固化过程中进行最佳的热过渡对于在FDM打印的零件中实现良好的机械性能至关重要.
- 参数变化并不总是与UTS或温度配置文件线性相关.
- 一个发达的跟踪和监控系统可以潜在地减少3D打印组件中的异构性.
