16、3D打印填充结构与车削加工刀具寿命参数研究

3D打印填充结构与车削加工刀具寿命参数研究

3D打印填充结构对零件尺寸精度的影响

在3D打印领域，FFF（熔融长丝制造）类型的3D打印机在制造零件时，尺寸精度是一个关键问题。在冷却过程中，挤出材料会经历强制对流和自然对流两个冷却步骤，这会导致挤出珠粒体积收缩，从而对零件的尺寸精度产生负面影响。

研究人员对不同填充结构，特别是拉伸体（auxetics）填充结构对3D打印零件收缩行为的影响进行了研究。对于带有方孔的零件，以5mm的间隔对正方形的相对面进行测量。从测量平均值来看，星型蜂窝图案的填充结构取得了最佳效果。不过，凹角蜂窝和螺旋形填充结构的零件与星型蜂窝填充结构的零件结果相近。在y轴方向上，凹角蜂窝填充结构在尺寸精度上优于带方孔的零件，其与参考尺寸的偏差比最接近的竞争对手小近三倍，但由于其不对称排列，在x轴方向上的性能不如星型蜂窝和螺旋形填充结构。

对于圆形孔，三角形填充结构的零件测量结果最不理想。例如，三角形填充零件的内矩形尺寸与参考尺寸的偏差约为其他填充结构零件的四倍。

此外，所有打印零件中方孔的精度高于圆形孔。这是因为星型蜂窝、凹角蜂窝和螺旋形图案与零件的x轴和y轴对齐，圆形内部特征会破坏这些填充结构的均匀性，导致连接线角度变化，影响结构在不同角度的收缩行为；而方孔情况下，连接线的方向不随角度变化，结构图案更均匀。

研究得出了以下重要结论：
1. 使用拉伸体作为填充图案可提高零件的尺寸精度。
2. 考虑零件外部尺寸精度时，星型蜂窝填充结构的零件效果最佳。由于凹角蜂窝填充的不对称性，其零件的外部尺寸有较大差异。
3. 对于圆形内部特征，圆周测量方法比离散测量方法精度更高。
4. 星型蜂窝和螺旋形