基于ABS材料熔融沉积工艺（FDM）成型物体的力学性能

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1、密级：公开工学硕士学位论文基于ABS材料熔融沉积工艺（FDM）成型物体的力学性能MechanicalpropertyofFusedDepositionModelingPartsofAcrylonitrile-butadiene-styrene(ABS)Material培养单位：工程力学系专业：工程力学研究生：及世良指导教师：郭树起教授二○一八年六月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石家庄铁道大学或其它教育机构

2、的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。(保密的论文在解密后应遵守此规定)作者签名：日期：导师签名：日期：摘要3D打印技术是一系列快速原型成型技术的统

3、称，FDM工艺凭借其成型原理简单、成本经济的特点成为目前3D打印技术中使用最广泛的工艺。该工艺成型体的力学性能主要取决于原材料和打印参数。本文使用ABS工程塑料来进行物体的打印，打印参数主要包括打印温度、打印层厚度、纤维宽度、纤维铺设角度、打印方向和填充率等。首先，本文采用试验设计法（DOE）确定了FDM工艺成型体的拉伸强度和抗弯强度与打印参数（层厚、纤维宽度和纤维铺设角度）间的函数关系。研究发现，纤维铺设角度对成型体强度有显著影响，而层厚和纤维宽度对成型体强度的影响较复杂，而且在填充率达到95%左右时，各参数对成型体强度的影响可以忽略；然后，应用复合材料力学

4、有关理论对该工艺成型件进行宏观的力学分析。在平面应力下，本文应用任意方向上的应力-应变关系，确定了偏轴向单向性成型体的弹性常数与单向性成型体材料主方向弹性常数间的函数关系，并进行了试验验证；最后，基于前人的研究成果，使用经典层合板理论建立了该工艺成型体的刚度模型，来预测不同构型成型体的力学性能。本文一方面使用统计分析法，另一方面对成型体进行宏观力学分析，为使用FDM工艺直接制造功能性产品提供了理论支持。其中，对于经典层合板理论在FDM工艺成型体力学性能预测时的适用性，还应该进行更加完整的实验验证。关键词：FDM工艺；试验设计；平面应力状态；经典层合板理论；功能

5、性产品Abstract3Dprintingtechnologyisacommonlytermforaseriesofrapidprototypingtechnology.Fuseddepositionmodeling(FDM)hasbecomethemostwidelyusedprocessin3Dprintingtechnologiesbyvirtueofitssimpleformingprincipleandcosteconomy.Themechanicalpropertiesoftheformingpartsmainlydependontherawmat

6、erialandtheprintingparameters.Inthispaper,ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene)plasticsisusedtofabricateparts.Printingparametersmainlyincludeprintingtemperature,printinglayerthickness,fiberwidth,fiberlayingangle,printingdirectionandfillingrate,etc.First,weusedthedesignofexperiment(DO

7、E)todeterminethefunctionalrelationshipbetweenthemechanicalstrengthofFDMformingpartsandtheprintingparameters(layerthickness,fiberwidthandfiberlayingangle).Itwasfoundthatthefiberlayingangleaffectedmechanicalstrengthofthepartssignificantly,whilethelayerthicknessandthefiberwidthaffected

8、mechanicalstrengtho