基于响应面法的ABS-FDM多轴增减材工艺优化

摘要

针对熔融沉积成型（FDM）丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）制件层间结合弱以及各向异性显著的问题，提出一种多轴增减材协同工艺优化方法。基于单因素预实验与响应面法（Box-Behnken设计），系统研究打印层厚（0.10～0.20 mm）、打印温度（210～230℃）、填充密度（60%～100%）及侧面减材方式（逐层或整体）对拉伸强度的交互影响机制。结果表明：填充密度为主导因子，在单因素实验中，当填充密度为100%时，制件的拉伸强度达35.7 MPa；在打印层厚为0.20 mm且填充密度为80%的情况下，采用逐层减材相较整体减材，制件的拉伸强度提升18.7%；当打印层厚从0.10 mm增至0.20 mm时，制件的拉伸强度降低7.4 MPa，降幅为20.1%。优化参数组合（打印层厚0.10 mm、打印温度220℃、填充密度100%、逐层减材）能够使制件的拉伸强度达42.9 MPa，相较传统FDM工艺提升25.4%，同时制件的表面粗糙度降至6.5μm，降幅为54.2%。验证试验的结果证实了该优化模型的可靠性。

关键词

增减材复合制造 / 响应面法 / 熔融沉积成型 / 拉伸强度 / 工艺优化