低熔点金属3D打印的性能研究

作为3D打印成型结构的基础，首层结构的成型效果对于金属材料与基底之间的黏结效果以及最终打印结构的质量具有重要影响。为研究初始高度参数对首层结构打印效果的影响，在喷头内径、供料压力和打印速度固定不变的条件下，测量不同初始高度下成型纤维的宽度（W0）和高度（H0）尺寸，将其进行无量纲化处理，分析首层打印成型纤维尺寸与初始高度参数之间的关系，结果如图5.4所示。

由图5.4a可知，当0＜h0/di＜0.476，针头与基板之间的距离过近，在打印过程中会对沉积的金属材料造成强烈的挤压，导致成型纤维发生膨胀或出现液滴等缺陷（图5.4b）。随着h0的逐渐增加，针头与基板之间的距离增大，允许挤出材料连续、流畅地在基板上沉积成型（图5.4c）。当0.476≤h0/di≤1.43，W0和H0随h0呈近似线性变化关系。随着h0的上升，W0不断下降而h0平稳上升；当h0增至某一临界值时，W0和h0的变化曲线相交，表明此时成型纤维的截面形状近似为圆形。当h0/di＞1.43，针头与基板之间的距离过大，导致挤出的液态金属悬挂在针头处形成液滴，液态金属无法连续沉积成型（图5.4d）。

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图5.4　低熔点金属打印性能［14］

a.W0-h0与H0-h0无量纲关系曲线；b.h0/di=0.2；c.h0/di=0.95；d.h0/di=1.9（误差棒：95%置信区间；比例尺：10 mm）。