顺序评估FFF打印PLA与PLA-Wood试件在填充架构、热处理及吸水条件下耐磨性能的研究

《Polymers》：Tribological Performance of FFF-Printed PLA and PLA-Wood Parts: The Effects of Infill Architecture, Heat Treatment, and Water Absorption

　　

摘要

基于熔丝制造（FFF）技术成型的聚合物部件在各种工程应用中，经常会在多种环境条件下承受摩擦与磨损。这些部件的摩擦学性能既受制造过程中采用的打印参数影响，也受后续后处理及使用条件的影响。以往的研究通常分别探讨了打印参数或后处理步骤的效果。然而，对服役性能的全面评估需要按顺序综合考虑这些因素。本研究旨在通过顺序方法评估FFF打印PLA和PLA-Wood试件的摩擦学性能，该方法依次考虑了填充架构、热处理以及后续的吸水过程。结果表明，在所研究的构型中，直线型填充架构（80%填充密度）表现最佳，其体积磨损损失在所有打印构型中最低。最佳热处理条件因材料而异：PLA的最优条件为90 °C处理15 min，PLA-Wood的最优条件为90 °C处理45 min，分别将体积磨损损失从17.97 mm³降低至14.32 mm³（约20%），以及从24.92 mm³降低至22.36 mm³（约10%）。此外，吸水在很大程度上消除了热处理对PLA带来的改善效果，体积磨损损失回升至17.93 mm³；而PLA-Wood则较好地保留了改善效果，吸水后的磨损损失为22.67 mm³。总体而言，研究结果表明，通过加工工艺获得的耐磨性改善，在后续环境暴露后可能不会同等程度地得以保持，且这一响应特性取决于材料的组成成分。