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基于FDM 中温度对表面硬度的影响研究

时间:2013-10-26 11:44:42  来源:  作者:

快速成型技术是2O世纪80年代末发展起来的一项l先进制造技术I】J.而且是制造领域中一个革命性的技术突破,能在很短的时间内得到实物模型,这种技术对于塑料工程师而言,可以提高产品质量,降低成本并节省时间翻。

熔融沉积成型FDM(FusedDepositionModeling)2E艺是将复杂的三维加工简化为二维加工的方式,采用ABS塑料、石蜡等材料,由喷头挤出热塑材料堆积,通过层层叠加,最终加工完成模型。

在FDM工艺成形过程中影响成型件精度的因素有很多种,但温度控制尤其是在FDM工艺中的温度控制会更影响成型件的性能。其中包括了喷嘴温度的控制和成型室温度控制。因为FDM工艺是通过丝材的堆积成型,在堆积过程中,不同的温度下,铭牌滴胶加工FDM成型件的成形质量会受到直接影响。因此选择合适的温度,对于一个成型件是否成功是至关重要的。

FDM中喷嘴温度对成型件的影响

门把手五个测量点的表面硬度.jpg

喷嘴温度决定了材料的粘结性能、堆积性能、丝材流量以及挤出丝宽度。www.012818.com喷嘴温度应在一定的范围内选择,使挤出的丝呈塑性流体状态,即保持材料粘性系数在一个适用的范围内。喷头温度太低。材料偏向于固态,则材料粘度增大使挤出摩擦阻力加大,挤丝速度变慢,这不仅加重了挤压系统的负担,极端情况下还会造成喷嘴堵塞。缩短喷头的寿命,而且材料层间粘结强度降低,还会引起层间剥离;而温度太高,材料偏向于液态,出现焦黄,材料分子破裂,粘性系数变小。

门把手的正面在熔融沉积成型的过程中。需要添加支撑。从图4中可以看出。门把手的内侧并没有直接裸露在成型室当中,而是被支撑材料所包围,其中五个测量点的表面硬度值变化曲线图,如表1和图5所示,在温度低于12℃时,硬度值慢慢上升,到达l3qC后,硬度值趋于最高,所测点的硬度值在38D左右,不再有明显的变化.这说明有支撑材料的一面能对门把手具有一定的“保温”作用,而在其成型过程中,受成型室温度变化相对较小,硬度值的变化相对稳定。

(1)在其余加工参数不改变的情况下.熔融沉积成型件的表面硬度随温度增加而增加,并且在15℃以下,硬度值增加较快,15℃~30℃硬度值增长缓慢。但当温度低于3cI=,模型质量将大大降低,不能满足正常加工需要。

(2)成型件在不同温度下的表面硬度测量数据显示,有支撑材料的一面在O℃~30℃硬度整体在34~39D之间,变化曲线相对比较平稳。说明有支撑材料的一侧的硬度受到了支撑材料的影响。门把手五个测量点的表面硬度2.jpg

其他加工参数对成型精度的影响

FDM工艺中其他的工艺参数有:分层厚度、挤出速度、填充速度、填充方式、网格间距、理想轮廓线的补偿量、开启延时、关闭延时、丝的材质、成型室吹风方式、空行程速度、添加支撑等[41。其中对原型精度和成形时间有影响的工艺参数主要有:分层厚度、补偿量、挤出速度、填充速度、开启延时和关闭延时等因素。

(1)分层厚度[51。当分层厚度一定时,成型方向与成型表面法矢量间的夹角越小.台阶效应对零件的影响越大;分层厚度越小,表面的质量越高,但随之带来的是成型时间变长,加工效率低。而分层厚度越大,台阶效应越明显。表面质量也就越差。

(2)挤出速度与填充速度[61。如果填充速度与挤出速度匹配后出丝太慢,则材料填充不足,出现“断丝”现象,难以成型;相反,填充速度与挤出速度匹配后出丝太快,熔丝堆积在喷头上,使成型面材料分布不均匀,表面会有“疙瘩”,影响造型质量。所以,应根据具体情况,将挤出速度和填充速度进行合理匹配。

(3)理想轮廓线的补偿量。由于喷丝具有一定的宽度,造成填充轮廓路径时与实际轮廓线不重合。故在生成轮廓路径时,对理想轮廓线进行补偿。

作者主要研究了成型室温度和喷嘴温度对熔融沉积成型件表面硬度的影响。成型件的硬度与成型室温度有密切的依赖关系,不同温度下加工的成型件硬度是不一样的,在最佳成型室温度范围内,能够得到较好的成型件,一旦超过这一温度范围,成型件的质量会明显下降,不能满足加工要求。通过实验以汽车门把手为造型基础,通过在不同温度下加工模型,用标准塑料硬度计测量模型的硬度,得出了硬度变化曲线,分析原因,最终得出结论。通过FDM工艺得到的ABS成型件的表面硬度在34~39D之间。其中成型室温度10~15℃之间的时硬度最高,成型件的质量也是最好的。

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