工業(yè)級熔融沉積快速成型機(jī)工藝參數(shù)優(yōu)化

王琛?段佩姚?陸雪億

摘 要：通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選取打印材料擠出速度，成型層厚，成型方向?yàn)檎辉囼?yàn)影響因子，探究工業(yè)級熔融沉積快速成型機(jī)最優(yōu)工藝參數(shù)組合，以提高打印模型的表面質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：正交試驗(yàn);工藝參數(shù)

熔融沉積快速成型工藝原理及熱熔性材料性能的限制，影響了成型件的表面粗糙度。[1]不同工藝參數(shù)的搭配，成型件表面質(zhì)量不同。[2]如何在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，提高表面質(zhì)量，需要通過合理的參數(shù)搭配來實(shí)現(xiàn)，這就是工藝參數(shù)的優(yōu)化。[3]本文通過正交試驗(yàn)法，探究工業(yè)級熔融沉積快速成型機(jī)的最優(yōu)工藝參數(shù)組合。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)使用的是工業(yè)級fotus 450快速成型機(jī)，根據(jù)熔融沉積工藝的工作原理，對成型件表面粗糙度的影響因素主要包括成型材料擠出速度、成型層厚、成型方向、成型材料的種類、擠出頭溫度等5個(gè)工藝參數(shù)。[4]選取其中成型材料擠出速度、成型層厚、成型方向?yàn)檎辉囼?yàn)的影響因子。

2 試驗(yàn)過程

通過UG軟件建模，設(shè)計(jì)X=35mm、Y=20mm、Z=5mm的長方體試件，[5]將其導(dǎo)出STL文件。本試驗(yàn)主要評定試件頂面的表面粗糙度，使用TR240型粗糙度測試儀進(jìn)行測量。根據(jù)擠出速度、成型層厚、成型方向的參數(shù)組合（表1），調(diào)整fotus 450快速成型機(jī)的打印參數(shù)，制作出9組試件。對每個(gè)試件頂面的表面粗糙度值進(jìn)行測量，測量及計(jì)算結(jié)果見表2。

2.1 正交因素水平表（見表1）

2.3 方差分析（見表3）

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

分析數(shù)據(jù)計(jì)算表（表2）、表面粗糙度極差圖（圖1）和方差分析表（表3）得出以下結(jié)論：

第一，從數(shù)據(jù)計(jì)算表和極差圖中可以看出，成型方向A以A1為最好。因?yàn)槌尚头较蛩鶎倭兄蠯1、K2、K3比較結(jié)果為K1最小，表面粗糙度值也最小。因此，在0°～90°范圍內(nèi)，成型方向角度值越大，成型件表面粗糙度值越小。試驗(yàn)中最佳成型方向角度為90°。因?yàn)樵诖朔较蛏铣尚图芘_(tái)階效應(yīng)影響最小，表面粗糙度值也最小。[6]

第二，從數(shù)據(jù)計(jì)算表和極差圖中可以看出，成型層厚B以B1為最好。因?yàn)槌尚蛯雍袼鶎倭兄蠯1、K2、K3比較結(jié)果為K1最小，表面粗糙度值也最小。因此，在0.1mm～0.3mm切片厚度范圍內(nèi)，切片厚度越小，成型件表面粗糙度值越小。試驗(yàn)中最佳成型層厚為0.1mm。

第三，從數(shù)據(jù)計(jì)算表和極差圖中可以看出，擠出速度C以C2為最好。因?yàn)閿D出速度所屬列中K1、K2、K3比較結(jié)果為K2最小，表面粗糙度值也最小。

第四，從方差分析表中可以得出，因素C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B不顯著。

第五，從極差圖中可以看出，本次試驗(yàn)最優(yōu)組合為A1B1C2，此組合不包含在試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，更能說明試驗(yàn)的效果明顯。對試驗(yàn)結(jié)果繼續(xù)驗(yàn)證，按該組合對應(yīng)的參數(shù)制作試件。對試件進(jìn)行粗糙度測試，測得其表面粗糙度為4.956μm，低于試驗(yàn)設(shè)計(jì)表格中粗糙度最小值5.377μm，說明A1B1C2為最優(yōu)方案。fotus 450快速成型機(jī)的最優(yōu)表面質(zhì)量參數(shù)組合如表4。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王琛，蔣玉婷，陸雪億.拼合蛋椅模型的設(shè)計(jì)與制作[J].藝術(shù)科技，2019（09）：71.

[2] 瞿娟，郁舒蘭.表情包的形態(tài)語義分析和認(rèn)知[J].戲劇之家，2019（04）：222-223.

[3] 藺秀媛，閆小星，尹太玉.多功能臥具設(shè)計(jì)分析[J].藝術(shù)科技，2019（07）.

[4] 第燁，靳文奎.基于老年人懷舊傾向的交互產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究[J].戲劇之家，2019（14）：141-143.

[5] 高玲玲，徐偉.縮短有限定制沙發(fā)平均生產(chǎn)周期的方法研究[J].家具，2019，41（2）：13-17.

[6] 姚月姝，祁憶青，王丹.冬季室內(nèi)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(xué)家居與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向：工業(yè)設(shè)計(jì)工程。