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分析哪些因素会影响ABS3d打印耗材力学性能?

文章出处:公司动态 责任编辑:东莞市德之健塑胶电子有限公司 发表时间:2025-07-12
  

ABS3d打印耗材的力学性能(如强度、韧性、抗冲击性等)受多种因素影响,既包括材料本身的特性,也涉及打印过程中的工艺参数和后处理方式。

ABS3d打印耗材

一、材料本身的特性
ABS 原料的配方与纯度
基础成分比例:ABS 由丙烯腈(AN)、丁二烯(BD)、苯乙烯(S)共聚而成,三者比例直接影响性能。例如:
丙烯腈(AN)占比高→提高强度、硬度和耐化学性;
丁二烯(BD)占比高→提升韧性和抗冲击性(但可能降低刚性);
苯乙烯(S)占比高→改善流动性和表面光洁度(但可能降低强度)。
杂质与回收料比例:回收料(尤其是多次回收的 ABS)可能因分子链断裂导致力学性能下降,纯新料的力学稳定性更优。
添加剂与改性
增强材料:添加碳纤维、玻璃纤维等可提升强度和刚性,但可能降低韧性;
增韧剂:添加弹性体(如 EPDM)可提升抗冲击性,但可能降低硬度;
润滑剂:过量添加可能导致层间粘结力下降,影响整体强度。
耗材的物理状态
吸湿性:ABS 吸潮后,打印时会因水汽蒸发产生气泡或孔隙,导致内部结构疏松,拉伸强度和抗冲击性显著下降(需干燥后使用);
线材均匀性:直径波动过大(如超过 ±0.05mm)会导致挤出量不稳定,使层间填充不均,影响力学性能一致性。
二、3D 打印工艺参数
温度参数
喷嘴温度:
温度过低→材料熔融不充分,层间粘结力弱,易分层断裂(拉伸强度下降);
温度过高→材料降解(分子链断裂),韧性降低(抗冲击性下降),且可能产生气泡。
(最佳范围:220-250℃,需根据具体品牌调试)
加热平台温度:
温度不足→模型底部与平台附着力差,易翘曲,导致内部应力集中,整体强度下降;
温度过高→底部过度软化,可能影响尺寸精度,但对层间粘结影响较小。
(建议 80-110℃,平衡附着力与应力)
打印速度与层厚
打印速度:
过快→材料填充不充分,层间结合时间短,粘结力不足(尤其是复杂结构或薄壁件,易断裂);
过慢→喷嘴停留时间长,局部过热可能导致材料降解或变形。
(建议 40-80mm/s,优先保证层间粘结)
层厚:
层厚过大(如>0.3mm)→层间接触面积减小,粘结强度下降,整体抗拉伸能力降低;
层厚过小(如<0.1mm)→打印时间延长,且可能因过度挤出导致内部应力增加,韧性下降。
填充率与填充图案
填充率:直接影响结构强度,填充率越高(如 80%-100%),零件越致密,抗压、抗拉伸性能越好;但过高填充会增加内部应力,可能导致变形。低填充率(如<30%)适合轻量化零件,但强度显著降低。
填充图案:
直线、网格图案→各向异性较明显(不同方向强度差异大);
蜂窝、三角形图案→受力更均匀,抗冲击性和稳定性更优。
层高与壁厚
壁厚:过薄(如<1mm)会导致结构支撑不足,易断裂;过厚可能因冷却不均产生内应力,导致开裂(尤其大尺寸零件)。
层高与壁厚匹配:层高建议为喷嘴直径的 50%-80%(如 0.4mm 喷嘴对应 0.2-0.3mm 层厚),确保每层充分覆盖,提升层间结合。
冷却与环境温度
冷却风扇:ABS 冷却过快会导致内应力集中(因收缩不均),建议关闭或低风速(仅小细节处开启),否则易开裂(韧性下降);
打印环境温度:环境温度过低(如<20℃)→模型冷却速度快,内应力大,抗冲击性下降;封闭打印舱(维持 40-60℃)可减缓冷却,减少应力,提升韧性。
切片参数(壁厚、外壳层数)
外壳层数(轮廓数):增加外壳层数(如 3-4 层)可提升表面强度和抗弯曲能力(外壳承担主要受力),但过多会增加打印时间和内应力。
顶部 / 底部填充层数:不足会导致表面塌陷,影响整体结构稳定性(尤其是承重件)。
三、环境条件
打印环境湿度
高湿度(>60%)→ABS 线材吸潮,打印时水汽蒸发形成气泡或孔隙,导致结构疏松,力学性能(尤其是抗冲击性)显著下降。需在干燥环境(湿度<40%)打印,或提前干燥线材(60-80℃烘干 4-6 小时)。
环境洁净度
空气中灰尘、纤维等杂质可能混入熔融材料,导致打印件内部出现缺陷(如夹杂异物),成为受力时的 “薄弱点”,降低强度和韧性。
四、后处理工艺
化学处理
丙酮蒸汽抛光:通过溶解表面层,可提升表面光洁度,但过度处理会导致表层材料降解,韧性下降(尤其薄壁件,可能变脆)。
粘结处理:用 ABS 专用胶水或丙酮粘结拼接件时,若粘结不充分(存在缝隙),会导致拼接处强度远低于整体,成为断裂点。
热处理
退火处理:将打印件在 80-100℃烘箱中缓慢冷却,可释放内部应力,提升尺寸稳定性和韧性;但温度过高可能导致变形,影响精度。
机械加工
打磨、钻孔等加工若操作不当(如产生裂纹或应力集中),会降低局部强度,导致受力时从加工处断裂。
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