提高部件强度是3D打印正在进行的研究课题，德克萨斯大学阿灵顿分校的研究生 Rane最近在“使用热退火和单轴压力提高FDM部件的拉伸强度”一文中进一步讨论了这一课题。Rane首先讨论了3D打印的革命性和破坏性，但指出在生产足以满足许多应用的部件方面存在明显的挑战。

“弱拉伸强度固有缺陷”通常是由弱聚合物界面引起的，在Z平面方向上发现的机械性能不足。

“这种机械性能的缺陷是由于FDM部件相邻层间的薄层间粘合导致部件强度整体降低。”Rane说，“因此，为了在实际工程应用中加强FDM部件的使用，而不仅仅是艺术效果图，必须降低部件的整体各向异性，同时增加强度。”

研究人员研究了Z方向的热退火和单向机械压力的热退火，Rane的总体目标是研究如何提高整体的珠间粘合强度，3D打印ABS中的各种样品，并在不同的温度范围和压力梯度下对其进行测试。他还研究了键长以及对拉伸强度的影响。

选择FDM 3D打印作为测试方法，因为它在当今的主流中越来越受欢迎，Rane将其归因于简单性和可承受性，由于其在许多应用中的潜力而将ABS作为一种材料的使用。他的研究进一步探讨了为什么FDM部件存在问题，以及它们受用户选择的参数影响的程度。Rane表示，这些参数在他的研究中发挥了很大作用，特别是因为它们允许在设置和打印后进行比较。由于它们与力量密切相关，因此也需要注意填充百分比和填充模式。

FDM中使用的不同填充模式

其他与强度密切相关的参数包括：

•周边外壳

•打印方向

•图层高度

•流量

虽然FDM 3D打印有许多好处，但Rane指出它也会带来许多限制，其中一个主要问题是FDM部件与常规生产的FDM部件（如注塑成型）相比往往会漏掉标记，FDM 3D打印缺陷即多孔性的挑战性问题，更具体地说，还与不完美的焊缝有关。研究人员表示，实际上，生产FDM部件的技术必须得到显著改进才能被认真考虑为最终用途部件。

使用不同数量的周边外壳打印的部件

他进一步探讨了键的形成和强度，以及部件之间不同程度的紧密接触，热塑性修复，聚合物链脱离的原因以及温度如何影响粘度。

聚合物链与初始管的暂时脱离

使用定制样品测试部件。

“使用两组不同的打印参数（高设置和低设置）打印部件，以研究热处理对两组打印参数的影响。改变热处理过程中的温度、时间和施加的压力值，以获得详细的对比研究，以及给定变量与极限抗拉强度增加之间的相关性。

“在显微镜下获得部件的横截面图，以研究部件后处理之后的细观结构变化。这为我们提供了解释基于可见的介观结构物理变化的强度增加的方法。”

在Z方向上打印狗骨试样

狗骨试样的拉伸试验

每个样本单独打印。Rane表示，这样可以实现层间粘合的最大化，同时降低热梯度。 狗骨试样使用定制铝夹具进行测试，以避免变形，同时在构建方向上提供必要的压力。总的来说，Rane发现更高的温度和更长的热暴露时间会产生更好的拉伸强度，同时延展性也会提高。

“尽管热退火和单轴压力会导致部件强度的增加，但打印参数在确定部件的初始机械性能方面起着至关重要的作用。研究人员总结说，当部件以更高的流速和挤出温度值制造时，与打印不合格的部件相比，它们具有更高的机械性能。“因此，通过控制打印参数并使用正确的温度和压力值，我们可以看到FDM部件强度的显着增加。”

试图改进3D打印材料几乎与当今创新技术一样是一个巨大的课题。科学家们已经深入研究了抗拉强度，研究了PLA试样的拉伸性能，以及为大型部件制造新材料等其他问题。

用于打印狗骨试样的参数