结晶对PLA熔融沉积过程的残余应力影响

作者：于康; 朱琦^*; 李晗侨; 张卿卿; 屠大维

来源：塑料, 2022, 51(03): 108-114.

• 熔融沉积成型
• 热塑性材料
• 结晶动力学
• 多场耦合仿真
• 残余应力

熔融沉积成型(FDM)已被广泛应用于工业生产和日常生活中。聚乳酸(PLA)作为热塑性材料，其结晶过程对制件的残余应力影响较大。因此，建立了PLA的多场耦合FDM工艺动态仿真模型，将整个动态模型分为热传导分析、非等温结晶动力学以及残余应力形成3个部分。利用温度场和翘曲实验验证了模型的准确性，通过有限元方法计算分析了不同冷却速度情况下PLA的结晶动力学对制件内部平面残余应力的影响。在缓慢冷却的结晶情况下，由于结晶放热，PLA内部温度急剧上升，热膨胀应力大于结晶收缩应力，整体平面应力呈现拉伸状态，最大应力值约为5 MPa。在快速冷却的非结晶状态下，PLA内部为热收缩应力，稳定平均值为1.5 MPa。最终分析结果表明，在热塑材料FDM过程中，结晶能够提高结构刚度，但会导致某些区域出现断裂，而非结晶状态下的打印过程中会发生翘曲变形。

• 单位
  自动化学院; 上海大学