3D打印速度的研究

牛振華，付婭琦，董遷遷

（1.安陽職業技術學院，河南 安陽 455000；2.安陽貞元（集團）有限責任公司，河南 安陽 455000）

0 引言

3D 打印機是快速成型設備的一種，起源于20 世紀80 年代，它以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體。主要應用于模具制造、工業設計等領域，隨著技術的發展和完善，已經開始用于產品的直接制造。

目前3D 打印技術應用最為廣泛和成熟的主要有疊層實體制造法（LOM）、熔融沉積制造法（FDM）、光敏液相固化法（SLA）和選擇性激光燒結法（SLS）等。本文使用的3D 打印機采用的是熔融層積制造法（FDM）。它利用熱塑性材料的熱熔性、黏結性，在計算機控制下層層堆積成型［1］。

3D 打印機通過控制軟件將3D 模型轉換成加工程序，因而控制軟件某些參數影響著3D 打印機的打印速度和打印質量。本文通過調整3D 打印機控制軟件的主要參數，研究、分析這些參數與打印速度之間的關系。

1 試驗步驟與方法

1.1 試驗設備

本試驗所用3D 打印機為UP Plus2 型3D 打印機，打印尺寸：L×W×H=140×140×135mm，打印材料：ABS 塑料。UP2 PLUS3D 打印機的結構如圖1 所示。

1.2 試驗步驟

1.2.1 創建試驗模型

本試驗采用的模型是由Pro/Engineer 5.0 繪制的一個30×30×30mm 的正方體，繪制完畢后以默認方式保存為STL 格式的文件。STL 文件格式是由美國3D SYSTEMS 公司制定的一個接口協議，應用于CAD 模型與成型系統之間數據轉換［2］。

1.2.2 加載試驗模型

將試驗模型的STL 文件加載到控制軟件中（見圖2），然后開始設置參數。

1.2.3 設置參數

在控制軟件中，主要的控制參數包括層片厚度、填充密度、密封表面、支撐結構和打印質量等，其中對打印速度和質量影響最大的是層片厚度、填充密度和打印質量。

（1）層片厚度，每一層的打印厚度，共有0.15mm，0.2mm，0.25mm，0.3mm，0.35mm，0.40mm 這6 個厚度選項，如圖3 所示。

（2）填充密度，內部支撐的密度，共有4 項，分別標記為“A，B，C，D”。其中，填充密度A＞B＞C＞D，如圖4 所示。

（3）打印質量，控制打印精度，有Fine（最好）、Normal（正常）、Fast（最快）3 個選項，本次試驗全部選用FAST（見圖5）。

圖1 UP2 PLUS 型3D 打印機結構圖

圖2 控制軟件主界面

圖3 主參數面板

圖4 填充密度效果

圖5 打印參數面板

以上3 個主要參數設置完成后，其余的全部默認即可。參數設置完畢后，預熱打印機15min，當打印平臺的溫度預熱到85℃以上后，選擇打印，3D 打印機開始自動生成打印路徑，同時噴嘴開始加熱，當噴嘴溫度達到260℃時，打印開始，打印結束后，使用工具將模型從工作上中取出，剝離支撐材料，即可獲得產品（見圖6）。

1.2.4 試驗結果與分析

圖6 打印完成的試驗模型

分別選用層片厚度為0.15mm，0.20mm，0.25mm，0.30mm，0.35mm 和0.40mm，與A，B，C，D 四種填充密度相結合，共24種組合，分別記錄打印時間，以確定層片厚度和填充密度對打印時間的影響，其結果如圖7 所示。

圖7 24 種組合的打印時間

從圖7 中可以看出，打印時間與層片厚度和填充密度的關系較為密切，不論選用哪種層片厚度，填充密度越小，打印時間越短。其中，層片厚度為0.15mm，0.20mm 時，打印時間縮短趨勢較為明顯，層片厚度為其余4 項時，打印時間總體上也呈現出下降趨勢，但趨勢不太明顯。

2 結語

通過本文的研究，3D 打印機的打印速度取決于層片厚度和填充密度等參數的選擇，因此，在進行3D 打印時，要根據實際情況選擇合適的層片厚度和填充密度等參數，不僅可以節省打印時間，也能夠節省打印材料。3D 打印技術目前已經應用于工業制造、教育等領域，隨著技術的不斷成熟和發展，3D打印技術將向著智能化、通用化、精密化以及便捷化的趨勢穩步發展［3］。

［1］黎震，朱江峰.先進制造技術［M］.北京：北京理工大學出版社，2012.

［2］張貞貞，陳定方.基于VC 的STL 文件讀取［J］.湖北工業大學學報，2008（2）：44-46.

［3］王雪瑩.3D 打印技術與產業的發展及前景分析［J］.中國高新技術企業，2012（26）：3-5.