切片参数对MEX 3D打印PLA模型冲击性能的影响

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.11.013

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (11): 79-83.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.11.013

切片参数对MEX 3D打印PLA模型冲击性能的影响

王琛(), 黄涵熠, 王天艺, 张晨赟

南京林业大学家居与工业设计学院，南京 210037

收稿日期:2025-04-02 出版日期:2025-11-26 发布日期:2025-11-21
作者简介:王琛，实验师，主要从事3D打印技术应用、逆向工程、计算机辅助产品设计等研究开发工作，996869559@qq.com
基金资助:
教育部产学研协同育人项目(240904583024847);江苏省大学生创新训练计划项目(202510298200Y)

Effect of slicing parameters on impact resistance of material extrusion 3D⁃printed PLA models

WANG Chen(), HUANG Hanyi, WANG Tianyi, ZHANG Chenyun

College of Home and Industrial，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China

Received:2025-04-02 Online:2025-11-26 Published:2025-11-21

摘要/Abstract

摘要：

通过简支梁冲击实验，探究了3个主要切片参数（打印方向、挤出温度、填充密度）对MEX 3D打印聚乳酸（PLA）模型冲击性能的影响，通过正交实验对切片参数进行了优化。结果表明，xzy方向打印的PLA模型冲击性能最好，xyz方向打印的PLA模型冲击性能居中，zyx方向打印的PLA模型冲击性能最差；随着挤出温度的升高和填充密度的增大，PLA模型的冲击强度增大，冲击性能越好；3个切片参数对PLA模型冲击性能的影响程度排序如下：填充密度>打印方向>挤出温度；优化后的切片参数为：xzy打印方向、210 ℃挤出温度、80 %填充密度，在此切片参数下打印的PLA模型冲击强度为6.89 kJ/m²、冲击性能最好。

关键词: 切片参数, MEX 3D打印, 聚乳酸, 模型, 冲击性能, 简支梁冲击试验

Abstract:

This paper reports an investigation on the influence of three key slicing parameters， printing orientation， extrusion temperature， and infill density， on the impact resistance of material extrusion （MEX） 3D⁃printed polylactic acid （PLA） models. Using Charpy impact testing and an orthogonal experimental design， the process parameters were systematically evaluated and optimized. The results indicated that printing orientation significantly affected impact resistance， with the highest strength observed for the xzy orientation， followed by xyz， and the lowest for the zyx orientation. Furthermore， impact strength increased concomitantly with higher extrusion temperatures and greater infill density. Analysis of the parameter effects revealed that infill density exerted the greatest influence on impact resistance， followed by printing orientation， and then extrusion temperature. An optimized parameter set was identified： xzy printing orientation， an extrusion temperature of 210 °C， and 80 % infill density. The models printed with these parameters achieved a peak impact strength of 6.89 kJ/m²， representing the best performance observed in this study.

Key words: slicing parameters, MEX 3D printing, polylactic acid, model, impact resistance, charpy impact test

中图分类号:

TQ320.66

王琛, 黄涵熠, 王天艺, 张晨赟. 切片参数对MEX 3D打印PLA模型冲击性能的影响[J]. 中国塑料, 2025, 39(11): 79-83.

WANG Chen, HUANG Hanyi, WANG Tianyi, ZHANG Chenyun. Effect of slicing parameters on impact resistance of material extrusion 3D⁃printed PLA models[J]. China Plastics, 2025, 39(11): 79-83.

图/表 10

图1 长条状试样摆放示意图

Fig.1 Schematic diagram of the placement of the strip⁃shaped specimen

图2 简支梁冲击实验示意图

Fig.2 Schematic diagram of the charpy impact test

图3 打印方向对PLA模型冲击性能的影响

Fig.3 Effect of printing direction on the impact resistance of PLA models

图4 挤出温度对PLA模型冲击性能的影响

Fig.4 Effect of extrusion temperature on the impact resistance of PLA models

图5 填充密度对PLA模型冲击性能的影响

Fig.5 Effect of infill density on the impact resistance of PLA models

水平	A	B/°℃	C/%
1	xzy	190	20
2	xyz	200	50
3	zyx	210	80

表1 因素⁃水平表

Tab.1 Factor⁃level table

实验号n	A	B/℃	C/%	I_n /kJ·m^-2
1	xzy	190	20	0.91
2	xzy	200	50	3.82
3	xzy	210	80	6.89
4	xyz	190	50	2.47
5	xyz	200	80	3.59
6	xyz	210	20	2.16
7	zyx	190	80	3.01
8	zyx	200	20	0.57
9	zyx	210	50	2.12

表2 测试结果表

Tab.2 Test result table

结果	A	B	C
k₁	11.62	6.39	3.64
k₂	8.22	7.98	8.41
k₃	5.70	11.17	13.49
v₁	3.87	2.13	1.21
v₂	2.74	2.66	2.80
v₃	1.90	3.72	4.50
r	1.97	1.59	3.29

表3 极差分析表

Tab.3 Range analysis table

图6 极差分析图

Fig.6 Range analysis diagram

图7 断裂特征对比分析

Fig.7 Comparison of fracture characteristics

参考文献 15

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Effect of slicing parameters on impact resistance of material extrusion 3D⁃printed PLA models

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