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摘要：3d打印是一種以3D數字模型文件為基礎，應用塑料等可粘結材料經過逐層打印創建實體的技術。3D打印技術市場發展前景良好，現已成為熱門的科技概念并得到了廣泛應用，小至水杯大致汽車、飛機等，產品數量逐漸增多并且在人們生活、工作中發揮了重要作用。塑料3D打印中應用計算機輔助技術有助于加工參數準確、高效優化，還可以進行設備與模具結構優化，有效提分高了塑料加工水平與加工效果。鑒于此，筆者結合實踐研究，就計算機輔助技術在塑料3D打印中的應用進行簡要分析。

關鍵詞：計算機輔助技術；3D打印技術；應用方法

3D打印作為一種新型塑料加工形式，在聚醚醚酮、聚酯、苯乙烯-丁二烯-ABS等絲材得到了廣泛應用。相對于傳統加工技術，3D打印加工設備的結構與工藝參數對質量與外形影響較大。現階段，我國3D打印技術設備與工藝處于研究發展階段，而計算機輔助技術在該方面出露端倪，值得進一步深入研究。

1速率參數優化的應用

通過計算機輔助技術進行ABS材料的板狀制件的3D打印數據分析發現，打印速度達到50mm/s時，制件溫度場與應力場分布散亂，開始打印時材料由于熱膨脹、聚合物溶體影響得到拉應力控制。打印后期，表層聚合物溶體已經冷卻的聚合物限制受到壓應力，模型地層受到拉應力使得制件產生裂紋。另一方面，不同打印速率中對制得的塑料件翹曲變形分析得出，伴隨著打印速率的增加，塑料件翹曲變形量由低至高。在打印速率達到50mm/s后，塑料翹曲變形量只有0.102mm。而且，不僅打印速率影響塑料件質量噴嘴溫度對塑料件質量也具有一定影響。通過計算機輔助計算總結各種噴頭結構中，送絲速率對ABS絲材3D打印影響分析得出：送絲速率保持原狀態，噴嘴直徑從0.2mm提高至0.7mm。同時，ABS絲材擠出速率不斷減小，3D打印時壓力損失減小。如果噴頭結構仍然不變，擠出速率與壓力損失將伴隨著送絲速率提高而增加。經過對各送絲速率下3D打印過程模擬，在噴頭直徑達到0.2mm時，送絲速率應控制在3mm/s較為適宜。噴頭直徑大袋0.5mm時，速率控制在2mm/s較為適合。在預測打印速率與掃描形式對塑料件精度影響分析得出：塑料件最大應力在角點位置，伴隨著打印速率的加快高應力單位不斷減小，應力波動幅度減小。制件翹曲變形與應力波動有著直接聯系，因而打印速度達到1000mm/s時，翹曲變形只有4.80μm。掃描形式對塑料件溫度場與應力場分布也有著直接影響，降低塑料件準確性。實踐證明：相對于長邊單向掃描形式，短邊單向掃描條件下制件變形量為8.80μm。制件長寬的增加短邊單向掃描優勢尤為顯著。在長寬比處于13.5:1時，長邊單向掃描形式塑料變形量約9.54μm，短邊單向掃描制件變形只有6.54μm。

2溫度參數優化應用

應用計算機輔助技術進行ABS材料制件的3D打印技術展開仿真優化。實踐證明：溫度在200℃條件下，噴頭各位置溫度差小，溫度在200-202℃。最低溫度高于ABS加工溫度170℃，可以確保ABS完全熔融。塑料件溫度分布出現底面溫度高、中心溫度高、表面溫度低現象。究其原因，中心位置與低端散熱慢。同時，對制件的應力分布進行計算機模擬分析發現，制件中心位置殘余應力大。伴隨著熱應力的釋放，塑料件出現翹曲變形，模擬發現制備的ABS制件在Z軸方向出現翹曲變形，在X軸與Y軸方向只有微量翹曲變形。塑料件尺寸為80mm*880mm*4mm時，經過實驗仿真對結果展開驗證，得出：翹曲變形和仿真結果相近。利用計算機輔助技術進行ABS絲材溶體在噴嘴的溫度場、流動場、壓力場分布展開調查研究得出：ABS溶體進入噴嘴后溫度降低導致噴嘴堵塞。更換噴嘴材料后有明顯轉變，由此得出計算機輔助技術在3D打印中發揮著重要作用。此外，通過計算機輔助技術進行噴嘴溫度、打印平臺溫度、打印速率分析得出：噴嘴溫度在200℃、打印平臺溫度為90℃、打印速率為30mm/s、打印時間為30s時，模擬塑料件溫度場得出：打印平臺溫度與打印速率決定塑料件質量。于是，通過實驗認證計算機模擬結果，打印平臺溫度依次為70℃、80℃、90℃。溫度在70℃時塑料件外邊緣輪廓無法完全融合，溫度不斷提高該現象有一定改善。平臺溫度達到90℃時，塑料件輪廓無散邊且融合良好。經過熔融沉積3D打印制備尺寸為9mm*3mm*0.5mm的塑料件，經過計算機模擬技術進行塑料件溫度場、熱耦應力模擬分析得出：因為塑料件成型順著XOY平面涂抹，所以表面散熱快，X軸與Y軸溫度勻稱，Z軸方向均一度較低。伴隨著打印的持續開展，塑料件熱影范圍擴大，溫度梯度降低且有所好轉。因為溫度梯度影響使得成型時塑料件中部殘存應力大；加之熱膨脹影響底端材料出現拉應力，制件底端出現裂縫。根據正交實驗法模擬線寬補償、填充速度、分層厚度分析塑料件尺寸精度與翹曲變形影響。實踐證明：線寬補償達到0.23mm、擠出速度為28mm/s、填充速度為26mm/s，分層厚度為0.8mm時，加工制件尺寸偏差只有3.41μm，翹曲變形為2.6μm。有學者借助計算機模擬ABS材料的板狀塑料件在打印時溫度場。實踐證明，塑料件溫度梯度集中于XY軸向，塑料件變形在XOY平面中。伴隨著打印速率的提高，塑料件溫度擴大。打印速度達到400mm/s時，打印溫度超過100℃極容易出現坍塌。塑料件尺寸在20mm*16mm*10mm時，制件最大應力在邊遠位置，伴隨著打印速率的增加塑料件最多打應力變化降低。由此得出，較高的打印速率有助于降低塑料件翹曲變形量。此外，對3D打印機噴頭溫度場與熱變形分析，研究ABS絲材在噴頭內流動狀態總結導致噴頭堵塞的原因并制定解決方法。實踐證明：溫度在220℃時，噴頭最高溫度為220℃，噴頭前段溫度最低，流道內溫度約220℃。溫度差使得噴頭下端變形位移較大容易受到打印精度影響。

3復雜塑料加工的運用

應用計算機輔助技術在聚醚醚酮材料的人工3D打印中，分析溫度場、速度場、壓力場變化，分析噴嘴溫度與打印速率影響。結果得出：聚醚醚酮溶體在噴頭內部時，前段與外層溫度較后段與中段溫度低。因為前段溶體溫度較高、流動性強。因此，噴嘴出口位置流動速率與壓力較高。通過不同噴頭溫度與打印速率優化得出；噴頭溫度對聚醚醚酮溶體溫度影響較小，高噴頭溫度有助于提升溶體流動速率；高打印速率有助于噴嘴壓力分布。另外，對聚醚醚酮的人工骨的3D打印展開計算機仿真。塑料件溫度場模擬試驗得出：塑料件Z方向分布失衡容易出現變形。如果提升噴頭溫度、成型室溫度，塑料件溫度較高且分布勻稱，提升打印速率效果相同。噴頭溫度影響效果低于成型室溫度與打印速率顯著。成型室溫度在200℃后，制件溫度分布穩定，成型室溫度過高容易造成塑件坍塌，變形嚴重。各條件下的塑料精度影響優化分析，噴頭溫度在350℃、成型室溫度為100℃、打印速率為20mm/s，塑料變形量只有0.1mm。

4汽車制造領域的應用

3D打印技術改裝汽車、打造汽車吸引了很多企業的重視。3D打印技術可以打印一些操作面板、發動機組件，還要經過加工以及后面的裝配。汽車還包含傳感器、電路板、線路，但這些是3D打印無法做出來的。3D打印技術的參與使穿有汽車產業鏈發生了改變，3D打印技術綜合了設計、采購、制造、銷售、回收等諸多環節，突破全球供應鏈。3D打印技術占據較大優勢，比如：發動機的缸體、缸蓋內的東西，這些采用傳統工藝需要3-4個月時間做模具，現如今應用無木模鑄型制造技術只要兩周即可出具一件產品。據統計，在2018年上市的新車型達到上百種。市場競爭激烈，企業只有縮減產品設計與制造周期才能在激烈的競爭中實現長存，3D打印技術作為一種新型制作方法，打破了產品的設計限制，縮小了產品開發時間，節約研發成本，提高的產品穩定性。

5結語

總而言之，計算機輔助技術在塑料的注塑、擠出、壓延等加工設備結構優化與加工工藝優化應用廣泛，對提高工作效率與數據精準性效果顯著。3D打印技術作為一種新的塑料加工技術，計算機輔助技術在熔融沉積3D打印設備與塑料件溫度場、流動場、應力場的分布與打印速率、噴頭溫度、分層厚度、撒苗形式等對塑料精準性發揮了重要作用，效果顯著。計算機輔助技術進行3D打印設備結構完善、參數完善、塑料件精準評價效果理想，有助于提高工作效率，具有重要指導作用。在今后發展中，計算機輔助技術還可以應用到仿真與預測中，對更多工藝參數標準優化。

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作者:趙林 單位:湖南省康復輔具技術指導中心