聚乳酸塑料的3D打印成型实验优化？

2.7.1 实验目的

（1）了解3D打印的分类及其应用。

（2）了解FDM法3D打印的基本原理。

（3）掌握3D打印成型实验的工艺过程。

2.7.2 实验原理

3D打印机与普通打印机的工作原理基本相同，主要区别在于使用的打印材料不同，普通打印机所用的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机所用的“打印材料”则是制作产品所用的各种原材料，比如金属、陶瓷、塑料、砂等。3D打印成型，即先通过计算机建模软件将待打印物品建立模型，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面（即切片），当电脑与打印机连接后，打印机便通过读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合在一起从而制造出一个实体。

3D打印机打印出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向（即X-Y方向）的分辨率是以dpi（每英寸的像素）或者微米来计算的。一般3D打印机打印出的厚度为100μm，即0.1mm，也有部分打印机可以打印出更薄的层厚；而平面方向则可以打印出和激光打印机相近的分辨率，打印出来的“墨水滴”的直径通常为50～100μμm。

3D打印工艺有多种，包括熔融沉积制造（FDM）、光固化快速成型（SLA）叠层实体制造（LOM）、选择性激光烧结（SLS）及三维打印制造（3DP）等。其中，FDM是目前3D打印机使用较广的技术。在该工艺中，加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息做X-Y平面运动，热塑性丝状材料由供丝机构送至热熔喷头并在喷头中受热熔化成半液态，然后被挤压出来并有选择性地涂覆在工作台的制件基座上，快速冷却后便形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓；当一层截面成型完成后，工作台下降一个层高再进行下一层的喷涂。如此循环，最终形成3D产品。

3D打印常用的材料有聚乳酸塑料、ABS塑料、尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料等。3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，其几乎可以造出任何形状的物品，比如灯具、各种模型、食物、房屋等。

2.7.3 仪器与原料

本实验所用仪器为1台桌面式3D打印机，所用原料为聚乳酸线材。

2.7.4 实验步骤

（1）方法一：开机及一键打印

①下载Cura软件并设置打印参数：以PLA为例，设置层高为0.1～0.2mm，填充密度为60％～100％，打印角度为0。～45°，打印速度为40mm/s，打印温度为210℃，热床温度为55℃，线材直径为1.75mm，流量为100％。设置完之后以gsd路径文件拷入TF卡，并插入打印机卡槽。

②打开Einstart电源并开机。

③确认打印丝已在喷头内加载完成（齿轮已经咬紧，无法拔出）。

④长按“右”键，一键打印“最新生成的”gsd路径文件。

（2）方法二：连接并通过电脑打印（Ⅰ）

①运行TF卡中将3Dstart打印软件安装于电脑中。

②运行TF卡文件，在电脑上注册Einstart打印机。

③打开Einstart3D打t印机电源并开机，通过数据线连接电脑，当打开电上的3Dstart软件后自动连接打印机，此时可进行“设备控制”“模型编辑”等功能操作。

（3）方法三：连接并通过电脑打印（Ⅱ）

①选择想要打印的模型（stl格式），进行“模型编辑”后“生成路径”，转换为3D打印机可以读取的格式（gsd文件）。

②将生成的gsd文件（在stl文件同一目录下）通过读卡器拷贝到随机的TF卡中，通过“一键打印”功能快速开启打印任务。

也可通过软件中的“开始打印”，体会更多如“暂停演示”“暂停换丝”“暂停补料”等功能。

2.7.5 实验数据记录与处理（见表24）

表24 3D打印工艺参数

2.7.6 注意事项

（1）在整个3D打印过程中，线材扮演着至关重要的角色。线材中不应夹有气泡，且线材直径应基本稳定，圆度要高。

（2）打印机应摆放平整。

2.7.7 思考题

（1）3D打印工艺有哪些类型？哪些工艺适合于高分子材料加工成型？

（2）FDM工艺的基本原理是什么？如何操作？

（3）目前较适合于FDM工艺的塑料品种主要包括哪些？(www.xing528.com)

（4）3D打印和其他成型工艺相比有何优缺点？

2.7.8 预习要求

（1）了解3D打印的几种不同工艺及其适用范围。

（2）了解FDM工艺原理。

（3）了解FDM工艺的基本操作过程。

2.7.9 附注：FDM3D打印机操作步骤

FDM3D打印机的正面图与侧面图分别如图8和图9所示，其具体操作步骤如下：

图8FDM3D 打印机正面图

图9FDM3D 打印机侧面图

（1）放置导丝软管和打印平台（见图10）

图10 放置导丝软管和打印平台示意图

（2）将打印丝安装在料盘支架上（见图11）

图11 将打印丝安装在料盘支架上示意图

（3）打印丝穿管（见图12）

图12 打印丝穿管示意图

（4）打开红色电源开关（氛围灯为蓝光）（见图13）

图13 打开红色电源开关示意图

（5）长按屏幕上“OK”键开机（点亮显示屏，氛围灯变白光）（见图14）

图14 长按屏幕上“OK”键开机示意图

（6）按“快捷操作”栏中“进丝”（见图15），并等待“喷嘴”升温（氛围灯变紫光） （见图16）

图15 按“快捷操作”栏中“进丝”示意图

图16 “喷嘴”升温示意图

（7）升温完成（氛围灯为白光），插入丝（见图17）

图17 插丝示意图

（8）细丝从喷嘴挤出，进丝成功（见图18）

图18 进丝成功示意图

（9）按左键结束进丝动作（见图19）

图19 结束进丝动作示意图

（10）按右键选择打印模型（见图20）

图20 选择打印模型示意图

（11）按“OK”键开始打印（见图21）

图21 开始打印示意图