ABS材料FDM3D打印成型过程有限元模拟及工艺参数优化

熔融沉积建模〔FDM〕是一种大量用途于工业、教育行业增材生产技术，而丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物〔ABS〕因其优良力学性能、耐热性、加工性，成为FDM 3D打印常用材料。然而，FDM打印过程中，因为材料熔融和凝固、层间粘结还有热应力积累因素，容易导致翘曲变形、层间结合力不足问题。因此，对ABS材料FDM打印过程进行有限元分析并优化工艺参数显得尤为很大。

于有限元模拟中，要建立包含几何模型、材料属性〔如弹性模量、泊松比、热膨胀系数〕、边界条件及加载状况数学模型。通过ANSYS、ABAQUS软件，可以模拟打印过程中温度场分布、应力应变演化还有残余应力形成过程。研究发现，于单层打印阶段，过高打印速度会导致材料冷却速率加快，从而引发较大热应力；而较低层高则会降低层间粘结强度。

基于模拟结果，可以对工艺参数进行优化：适当降低打印速度以减少热应力；增强喷嘴和基板温度差来改善层间融合效果；合理设置打印方向以避免应力集中区域有于关键部位。另外，添加支撑结构或采用加热平台也是很好措施。经过多次实验验证，优化后参数能够显著提升ABS零件质量、打印效率。

通过有限元模拟和实际测试相结合方法，能够深入理解ABS材料FDM打印中复杂物理化学变化，并为实现高质量、高精度3D打印提供科学依据、技术支持。

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