20、3D打印优化：流变评估与机械性能研究

3D打印优化：流变评估与机械性能研究

1. 3D打印中流变评估的重要性

1.1 流变模型概述

在3D打印领域，流变学研究是优化打印过程的关键。早期提出了Maxwell模型（弹簧和活塞串联）和Voigt - Kelvin模型（弹簧和活塞并联），但这些模型无法准确表达聚合物在显著应力期间的流变行为，因此文献中提出了多元素模型。

1.2 热塑性聚合物的3D打印

1.2.1 FFF工艺原理

熔融长丝制造（FFF）方法是利用热塑性聚合物进行3D打印的常见工艺。在该工艺中，热塑性聚合物在熔融状态下具有足够的流动性，可通过喷嘴以可控的流速沉积在表面上，逐层构建物体。以下是影响FFF工艺的一些关键因素：
|影响因素|具体内容|
| ---- | ---- |
|聚合物性质|流变性能、热性能（热导率、热容、松弛时间等）、表面张力、熔点、粘度等|
|工艺参数|温度、喷嘴直径、扫描速度、层厚度、框架角度等|

在这些因素中，聚合物的流变性能是维持物体形状和结构完整性的关键。流变性能又受温度影响，因此有必要研究温度的变化。

1.2.2 温度演变作为粘度测量指标

FFF工艺制造的零件，其性能的一个重要标准是长丝之间形成的结合强度。长丝间的相间尺寸越大，结合越强，零件性能越好。相间厚度是长丝温度分布的函数，跟踪长丝在FFF过程中的温度演变，可了解其粘弹性演变，进而了解长丝间的结合和相间形成情况。

以聚乳酸（PLA）为例，使用直径为50μm的热电偶跟踪其温度变化。已沉积长丝的温度会因与下一个热长丝接触而升高，随后降低，且每次循环的强度会逐