3D打印机喷嘴流道作为结构参数对PLA/GF上面两种性能的判断,观察而得到其参数作用不同随着参数改变而发生变化,1mm的直流道喷嘴3D打印复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别是45.8MPa和29.2MPa,而1mm的发散型喷嘴3D打印复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别是47.5MPa和32.5MPa,后者相对前者拉伸强度和弯曲强度分别提高了 7.78%、18.2%,力学性能的实验结果对模拟结果起到了验证作用。
可以看出,相较于直喷嘴,发散型喷嘴较大程度上保留了复合材料纤维长度。具体为3D打印前后,直喷嘴打印的复合材料,纤维长度下降了 28.8%,而发散型喷嘴打印的复合材料,纤维长度下降了 18.8%。由此证明,发散型喷嘴对纤维长度的保留具有较好作用;复合材料耗材中玻璃纤维长度逐渐变得越来越短;直流道喷嘴,强化了这种相互作用,而发散型流道喷嘴削弱了对纤维的直接作用,所以发散型喷嘴性能优于直流道喷嘴。不同流道喷嘴对复合材料微观性能的影响不仅体现为对纤维长度的保留,还体现为对纤维取向的影响,这也体现为发散型流道喷嘴制备复合材料力学性能的优异。
综上所述,通过比较3D打印喷嘴流道对复合材料力学性能、纤维长度及微观性能,均能验证关于直流道喷嘴和发散型喷嘴的模拟结果;可以确定FDM型3D打印机制备玻璃纤维增强聚乳酸复合材料时,使用发散型喷嘴效果优于使用直喷嘴效果。
3D打印温度对复合材料性能的影响
由于3D打印过程中,热塑性树脂加热熔融段非常短,在这种情况下,3D打印材料的热性能需要满足较高要求。打印温度是指在打印时设定打印喷嘴的温度,通过调节打印温度可以控制打印过程塑化和其熔融状态下的打印效果。展示了3D打印温度对3D打印制备玻璃纤维增强聚乳酸复合材料的影响曲线图,当3D打印温度从200°C上升至220°C区间内,在温度为210°C时复合材料拉伸和弯曲性能均达到最大值,分别达到47.5MPa和32.5MPa。
3D打印速度对复合材料性能的影响
从3D打印喷嘴中以一定速度挤出并粘附在3D打印平台上,快速冷却。3D打印速度是3D打印填充速度即3D打印喷嘴在同步带的作用下沿X、Y、Z坐标轴移动的速度。3D打印速度太低或太高均使可成型表面形成缺陷,影响质量。因此,3D打印制备玻璃纤维增强聚乳酸复合材料时,也应选择最合适的3D打印速度。打印速度在40-70mm/s范围内变化时,3D打印速度对3D打印制备玻璃纤维增强聚乳酸复合材料的影响曲线图,发现3D打印速度对复合材料拉伸和弯曲性能并没有较大影响,在3D打印速度为60mm/s时复合材料拉伸和弯曲强度分别为47.5MPa和32.5MPa左右。可以认定60mm/s为玻璃纤维增强聚乳酸复合材料最佳3D打印速度。
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