打印系统的参数特征分析

本节列出了影响气压式低熔点金属3D打印的几个参数［1］。所有实验采用的针头内径均为60 μm，主要参数包括：打印喷头的温度T、针筒内的气压P、喷头的移动速度V、喷头和打印基底之间的高度H。后3个参数以及液滴直径M、液滴间距D的示意图见图6.6，针筒的温度调整到80～90℃之间，以保证金属液滴能从喷头中顺利下落。图6.7显示了针头在不同高度H下M和D随P的变化趋势，当P增大到一个临界值时，M=D，意味着基底上相邻的液滴刚好互相接触。对于不同的H来说，P几乎均为一个定值，我们把这个临界值记作Pc。不同的V对应不同的Pc，V与Pc之间的关系曲线如图6.8中的实线所示，其中V的范围是0～5 mm/s。一方面，P应等于或大于Pc以保证打印出连续的线条；另一方面，P应小于1.1Pc，否则基底上相邻液滴的重叠部分过大会影响到打印分辨率，所以当V在0～5 mm/s区间时，P的取值应在图6.8中实线和虚线之间的区域。图6.9显示了当V=3 mm/s时的M-H以及D-H的关系曲线，当H从20 mm降到1 mm时，M和D分别显示出缓慢下降和缓慢上升的趋势。但当H小于1 mm时，M和D均迅速变小，因此绿线H=1 mm可被看作分界线，这主要是因为当H小于1 mm时，液滴刚离开喷头就已经接触到了基底，之后由于摩擦阻力使液滴留在基底上。随着H的减小，相邻液滴的间距变得越来越大，这会影响到打印精度，所以对V=3 mm/s来说，M、D的取值应在绿线左边的区域。

图6.5　使用气压式低熔点金属打印方法制作的物体［2］

a.五环结构；b.双喜字；c.复合圆锥体结构。比例尺为1cm。

图6.6　影响打印效果的参数示意图［8］

P为针筒内液面压强，V为喷头移动速度，M为液滴直径，D为相邻液滴的距离，H为喷头距基底的高度。(www.xing528.com)

图6.7　M-P和D-P的曲线关系（H分别为5mm和20mm，误差棒代表平均值的标准差）［8］

图6.8　临界压强Pc和喷头速度V的关系曲线［8］

图6.9　M-P和D-P的曲线关系（V=3 mm/s，绿线表示曲线变化速度的分界线，误差棒代表平均值的标准差）［8］