基于熵权-TOPSIS与正交数组设计的PLA/TPU混合材料FDM尺寸精度多目标优化

《Polymers》:Multi-Objective Optimization of FDM Dimensional Accuracy for PLA/TPU Blends Based on Entropy Weight-TOPSIS and Orthogonal Array Design

【字体: 时间:2026年08月11日 来源:Polymers 5.8

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摘要

聚乳酸(PLA)的熔融沉积成型技术存在尺寸不准确的问题——如热收缩、翘曲和几何变形——这些问题限制了其在高精度制造领域的应用。将热塑性聚氨酯(TPU)与PLA混合使用可以提升材料的韧性,但混合比例及打印参数对尺寸精度的影响机制尚不明确。本研究构建了一个多目标优化框架,结合单因素实验、正交设计、方差分析以及熵权–TOPSIS方法。首先通过单因素实验结合TOPSIS方法确定最佳的PLA/TPU混合比例,再针对这一最优比例进行正交实验,以找出最佳参数组合。70:30比例的PLA/TPU混合物展现了最佳的综合性能(TOPSIS距离为0.680),这一结果得益于良好的相容性以及强大的界面粘附力,这一点已通过XRD和SEM分析得到验证。通过对正交实验结果的区间分析和方差分析,发现填充率和层高是影响尺寸精度的关键因素(p < 0.05)。在优化后的参数设置下(打印速度60毫米/秒,温度210摄氏度,填充率90%,层高0.1毫米),材料的整体尺寸偏差仅为0.256毫米,远低于单一目标优化下的数值(0.321–0.418毫米)。本研究通过协同优化材料配方和加工参数,为FDM技术的精准控制提供了一种有效的策略。
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