工业级熔融沉积快速成型机工艺参数优化
王琛?段佩姚?陆雪亿
摘 要:通过正交试验设计,选取打印材料挤出速度,成型层厚,成型方向为正交试验影响因子,探究工业级熔融沉积快速成型机最优工艺参数组合,以提高打印模型的表面质量。
关键词:正交试验;工艺参数
熔融沉积快速成型工艺原理及热熔性材料性能的限制,影响了成型件的表面粗糙度。[1]不同工艺参数的搭配,成型件表面质量不同。[2]如何在现有设备的基础上,提高表面质量,需要通过合理的参数搭配来实现,这就是工艺参数的优化。[3]本文通过正交试验法,探究工业级熔融沉积快速成型机的最优工艺参数组合。
1 试验设计
本试验使用的是工业级fotus 450快速成型机,根据熔融沉积工艺的工作原理,对成型件表面粗糙度的影响因素主要包括成型材料挤出速度、成型层厚、成型方向、成型材料的种类、挤出头温度等5个工艺参数。[4]选取其中成型材料挤出速度、成型层厚、成型方向为正交试验的影响因子。
2 试验过程
通过UG软件建模,设计X=35mm、Y=20mm、Z=5mm的长方体试件,[5]将其导出STL文件。本试验主要评定试件顶面的表面粗糙度,使用TR240型粗糙度测试仪进行测量。根据挤出速度、成型层厚、成型方向的参数组合(表1),调整fotus 450快速成型机的打印参数,制作出9组试件。对每个试件顶面的表面粗糙度值进行测量,测量及计算结果见表2。
2.1 正交因素水平表(见表1)
2.3 方差分析(见表3)
3 试验结果分析
分析数据计算表(表2)、表面粗糙度极差图(图1)和方差分析表(表3)得出以下结论:
第一,从数据计算表和极差图中可以看出,成型方向A以A1为最好。因为成型方向所属列中K1、K2、K3比较结果为K1最小,表面粗糙度值也最小。因此,在0°~90°范围内,成型方向角度值越大,成型件表面粗糙度值越小。试验中最佳成型方向角度为90°。因为在此方向上成型件受台阶效应影响最小,表面粗糙度值也最小。[6]
第二,从數据计算表和极差图中可以看出,成型层厚B以B1为最好。因为成型层厚所属列中K1、K2、K3比较结果为K1最小,表面粗糙度值也最小。因此,在0.1mm~0.3mm切片厚度范围内,切片厚度越小,成型件表面粗糙度值越小。试验中最佳成型层厚为0.1mm。
第三,从数据计算表和极差图中可以看出,挤出速度C以C2为最好。因为挤出速度所属列中K1、K2、K3比较结果为K2最小,表面粗糙度值也最小。
第四,从方差分析表中可以得出,因素C在显著水平为0.1上是显著的,因素A在显著水平为0.01上是高度显著的,而因素B不显著。
第五,从极差图中可以看出,本次试验最优组合为A1B1C2,此组合不包含在试验设计中,更能说明试验的效果明显。对试验结果继续验证,按该组合对应的参数制作试件。对试件进行粗糙度测试,测得其表面粗糙度为4.956μm,低于试验设计表格中粗糙度最小值5.377μm,说明A1B1C2为最优方案。fotus 450快速成型机的最优表面质量参数组合如表4。
参考文献:
[1] 王琛,蒋玉婷,陆雪亿.拼合蛋椅模型的设计与制作[J].艺术科技,2019(09):71.
[2] 瞿娟,郁舒兰.表情包的形态语义分析和认知[J].戏剧之家,2019(04):222-223.
[3] 蔺秀媛,闫小星,尹太玉.多功能卧具设计分析[J].艺术科技,2019(07).
[4] 第烨,靳文奎.基于老年人怀旧倾向的交互产品设计研究[J].戏剧之家,2019(14):141-143.
[5] 高玲玲,徐伟.缩短有限定制沙发平均生产周期的方法研究[J].家具,2019,41(2):13-17.
[6] 姚月姝,祁忆青,王丹.冬季室内有害挥发物释放特征及防治措施[J].家具,2018,39(2):11-14+23.
作者简介:王琛,男,南京林业大学家居与工业设计学院实验师,主要研究方向:工业设计工程。