Effect of region segmentation printing on performance of FDM 3D printed parts

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.05.009

Abstract

Abstract:

During melt deposition molding （FDM） 3D printing， the outer outline of the printed model was firstly segmented from the inner region， and the inner and outer regions of the printed model were printed with different layer thicknesses. The inner region of the printed model was then segmented according to the stress distribution of the printed part. The variable density was filled according to the stress of each region. The results indicated that the proposed method could shorten the printing time by least 40% at least， reduce the surface roughness by 25%， and improve the printing efficiency. This ensures the printing accuracy of the side surface of the printed part. When the printed part was subjected to the same external load， the maximum stress of the printed part was reduced by 10% at least， their maximum displacement was reduced by 15% at least， and their mechanical properties were improved.

Key words: 3D printing, melt deposition, region segmentation, surface quality, mechanical property

CLC Number:

TQ316

GUO Weichao, XIN Xiaohang, ZENG Shanlin, GAO Xinqin, TANG Aofei. Effect of region segmentation printing on performance of FDM 3D printed parts[J]. China Plastics, 2025, 39(5): 57-62.

Figures/Tables 14

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打印模型	打印方法	分层高度/mm	打印线宽/mm	填充方式	打印填充率/%	打印壁厚/mm
试件1	等厚分层	0.1	0.25	直线型	30	1.5
	等厚分层	0.1	0.48	直线型	30	1.5
	等厚分层	0.2	0.48	直线型	30	1.5
	等厚分层	0.3	0.48	直线型	30	1.5
	等厚分层	0.4	0.48	直线型	30	1.5
	区域分层	0.1，0.4	0.25，0.48	直线型	30	1.5
半球模型	等厚分层	0.1	0.48	直线型	30	1.5
	等厚分层	0.2	0.48	直线型	30	1.5
	等厚分层	0.3	0.48	直线型	30	1.5
	等厚分层	0.4	0.48	直线型	30	1.5
	区域分层	0.1，0.4	0.25，0.48	直线型	30	1.5
奖杯模型	均匀密度填充	0.3	0.48	直线型	17	1.5
奖杯模型	变密度填充	0.3	0.48	直线型	14~47	1.5
不规则板	均匀密度填充	0.3	0.48	直线型	20	1.5
不规则板	变密度填充	0.3	0.48	直线型	15~50	1.5

打印模型	打印方法	分层高度/mm	打印线宽/mm	填充方式	打印填充率/%	打印壁厚/mm
试件1	等厚分层	0.1	0.25	直线型	30	1.5
	等厚分层	0.1	0.48	直线型	30	1.5
	等厚分层	0.2	0.48	直线型	30	1.5
	等厚分层	0.3	0.48	直线型	30	1.5
	等厚分层	0.4	0.48	直线型	30	1.5
	区域分层	0.1，0.4	0.25，0.48	直线型	30	1.5
半球模型	等厚分层	0.1	0.48	直线型	30	1.5
	等厚分层	0.2	0.48	直线型	30	1.5
	等厚分层	0.3	0.48	直线型	30	1.5
	等厚分层	0.4	0.48	直线型	30	1.5
	区域分层	0.1，0.4	0.25，0.48	直线型	30	1.5
奖杯模型	均匀密度填充	0.3	0.48	直线型	17	1.5
奖杯模型	变密度填充	0.3	0.48	直线型	14~47	1.5
不规则板	均匀密度填充	0.3	0.48	直线型	20	1.5
不规则板	变密度填充	0.3	0.48	直线型	15~50	1.5

模型	分层厚度/mm	打印线宽/mm	各测量区域平均粗糙度值/μm				打印时长/min	打印耗材/g
模型	分层厚度/mm	打印线宽/mm	1	2	3	4	打印时长/min	打印耗材/g
半球	0.1	0.48	46.47	58.59	—	—	102	17.63
	0.2	0.48	91.47	115.21	—	—	51	17.66
	0.3	0.48	117.97	124.26	—	—	38	17.41
	0.4	0.48	126.27	160.87	—	—	27	18.21
	0.1，0.4	0.25，0.48	59.69	47.20	—	—	57	17.62
工件	0.1	0.25	47.95	35.69	39.89	23.36	75	6.41
	0.1	0.48	46.97	31.69	25.86	45.65	69	7.67
	0.2	0.48	101.29	97.82	81.04	52.88	35	7.87
	0.3	0.48	125.72	102.67	91.37	73.49	23	7.95
	0.4	0.48	131.11	118.74	126.30	119.00	17	8.23
	0.1，0.4	0.25，0.48	54.77	44.87	38.97	34.29	39	7.97

模型	分层厚度/mm	打印线宽/mm	各测量区域平均粗糙度值/μm				打印时长/min	打印耗材/g
模型	分层厚度/mm	打印线宽/mm	1	2	3	4	打印时长/min	打印耗材/g
半球	0.1	0.48	46.47	58.59	—	—	102	17.63
	0.2	0.48	91.47	115.21	—	—	51	17.66
	0.3	0.48	117.97	124.26	—	—	38	17.41
	0.4	0.48	126.27	160.87	—	—	27	18.21
	0.1，0.4	0.25，0.48	59.69	47.20	—	—	57	17.62
工件	0.1	0.25	47.95	35.69	39.89	23.36	75	6.41
	0.1	0.48	46.97	31.69	25.86	45.65	69	7.67
	0.2	0.48	101.29	97.82	81.04	52.88	35	7.87
	0.3	0.48	125.72	102.67	91.37	73.49	23	7.95
	0.4	0.48	131.11	118.74	126.30	119.00	17	8.23
	0.1，0.4	0.25，0.48	54.77	44.87	38.97	34.29	39	7.97

打印模型	打印方法	打印时间/ min	打印耗材/ g	最大应力/ MPa	最大位移/ mm
不规则板	均匀填充	55	28.91	1 065.80	10.002
不规则板	变密度填充	56	29.61	908.08	8.489
奖杯模型	均匀填充	105	43.75	332.34	1.531
奖杯模型	变密度填充	102	43.82	293.79	1.244