通过有限元分析和模糊推理系统对熔融丝材制造零件进行实验和预测建模

《International Journal of Polymer Analysis and Characterization》：Experimentation and predictive modelling of Fused filament fabrication parts by finite element analysis and fuzzy Inference system

3D打印材料PLA与ABS的抗拉强度影响因素研究，通过层厚（0.4-0.6mm）和填充模式（三角/网格/线）的实验结合FEM仿真与FIS预测，发现PLA在0.4mm层厚和线填充时达到43.15MPa最高强度，ABS为25.40MPa，FIS预测误差仅5%，ANOVA显示材料差异占96.84%。

　　

Bhupesh Kumar|Vishal Singh|Harsh Pathak|Ayush Shukla|Sanjay Kavde|Nigam Verma|Tapish Raj|Akash Jain|Pushpendra Yadav|Ankit Sahai|Rahul Swarup Sharma

3D打印与增材制造实验室，机械工程系，Dayalbagh教育学院，印度阿格拉

摘要

本研究探讨了关键工艺参数对使用聚乳酸（PLA）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）聚合物通过熔融丝材制造（FFF）技术制造的部件的抗拉强度（TS）的影响。样品采用不同的层厚（0.4毫米、0.5毫米和0.6毫米）以及不同的填充图案（三角形、网格和线条）进行打印，以评估其在单轴拉伸载荷下的机械性能。实验抗拉测试通过有限元方法（FEM）模拟来可视化应力分布并验证失效机制。此外，还开发了一种模糊推理系统（FIS），根据加工参数预测抗拉强度，显示出较高的预测准确性。结果表明，PLA样品的性能始终优于ABS，其中使用0.4毫米层厚和线条填充方式的PLA样品抗拉强度最高，达到43.15 MPa；而在相同条件下，ABS样品使用三角形填充方式的最大抗拉强度为25.40 MPa。FEM模拟结果与实验数据非常吻合，平均误差为6.09%，而FIS预测的准确性更高，平均误差为5.00%。方差分析（ANOVA）显示，丝材材料是影响抗拉强度变化的最重要因素，占总效应的96.84%。实验测试、FEM分析和FIS建模的结合为优化FFF制造部件的结构性能提供了一个全面的框架。这种方法有助于开发用于增材制造中可靠承重应用的预测方法。