熔融沉积成型(FDM)用于成型制造设备零部件已成为一种趋势,为了研究熔融沉积成型制造过程高效低碳优化问题,通过对FDM的碳排放进行量化分析,以打印速度和分层厚度为优化变量,建立以最短打印总时间效率(高效)和最低总碳排放(低碳)的多目标优化模型。并结合打印设备性能和打印质量等约束条件,采用改进的非支配排序遗传算法NSGA-Ⅱ对模型优化求解最佳工艺参数组合,最后通过设计交叉实验并借助Design Expert中响应曲面法分析验数据,得出了面向最高能效和最高打印效率的优化工艺参数组合。验证了模型的有效性。

为研究工艺参数与FDM3D打印机能效耦合的复杂机理,提出一种基于田口法的FDM3D打印机工艺参数能效优化方法。通过设计田口法实验,采集了FDM3D打印机加工过程的能耗以及加工时间数据。采用信噪比分析实验数据,确定能耗和加工时间与工艺参数的关系。研究显示在实验范围内,较低的热床温度和喷头温度,以及较大的打印速度和分层厚度,可大幅减少FDM打印时间,有效降低FDM打印能耗。针对自行研制的FDM3D打印设备,分别给出了面向最高能效和最高打印效率的优化工艺参数组合。