基于制件尺寸規(guī)格與評價指標的熔融沉積工藝參數(shù)優(yōu)化

陳松茂 陳宇林

(華南理工大學 機械與汽車工程學院，廣東 廣州 510640)

熔融沉積增材制造技術(shù)(FDM)具有一次成型、易于操作、支撐結(jié)構(gòu)去除簡單、材料浪費少且成本低、顏色多選、環(huán)境友好等優(yōu)點，已被廣泛應用于模具制造、醫(yī)療、建筑、藝術(shù)、教育等行業(yè)[1- 4]。然而，受到聚合物材料粘彈特性、機械性能、臺階效應等因素的制約,同時提高制件成型精度和打印效率成為FDM工藝至今仍難以解決的瓶頸問題。對此，國內(nèi)外許多學者圍繞FDM工藝參數(shù)優(yōu)化開展了一系列研究，以此彌補該工藝技術(shù)的短板。

田口正交實驗(Taguchi)法是一種精確高效且廣泛使用的工藝參數(shù)優(yōu)化方法。Torres等[5]采用Taguchi法研究了噴嘴溫度、填充速度、光柵角度、填充率和層厚等工藝參數(shù)在高低兩個水平下對聚乳酸(PLA)制件的拉伸和斷裂性能的影響，提出了3種載荷(通用、拉伸、斷裂)工況下FDM最優(yōu)工藝參數(shù)的組合。該實驗使用了方差分析，為FDM相關(guān)實驗提供了實驗設計及過程參考，但因因素較多而水平數(shù)較少，實驗結(jié)果容易受到隨機因素的影響，且水平的高低也難控制。在該實驗基礎上，他們還研究了層厚、填充密度和100 ℃下后續(xù)熱處理對PLA制件剪切性能的影響規(guī)律，提出了關(guān)于強度和延展性兩者優(yōu)化的折衷建議，為FDM多目標優(yōu)化的平衡問題提供了參考，并且以熱處理作為因素之一的實驗在FDM中也相當新穎，不過仍需要進一步驗證實驗所優(yōu)化后的工藝參數(shù)的適用性[6]。Zaman等[7]通過Taguchi法、方差分析法和信噪比分析法等研究了層厚、外殼數(shù)、填充圖案和填充率在高低兩個水平下對PLA制件和聚對苯二甲酸乙二醇酯-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯(PETG)制件抗壓性能的影響，發(fā)現(xiàn)層厚、外殼數(shù)和填充率對PLA制件的抗壓強度作用明顯，而PETG制件的抗壓性能對填充圖案和填充率比較敏感。同樣，因其水平數(shù)少，實驗結(jié)果對不可控因素敏感性較大，但各分析手段保證了評估的穩(wěn)健性。Deng等[8]采用Taguchi法研究了不同工藝參數(shù)對聚醚醚酮(PEEK)制件各拉伸性能(抗拉強度、楊氏模量、伸展性)的影響，提出了填充速度、層厚、擠出溫度和填充率等工藝參數(shù)的最優(yōu)組合方案，并通過拉伸、彎曲和沖擊實驗驗證了方案的可行性。3種實驗針對性地用到了對應標準的試樣，對本文而言這些標準或多或少限制了實驗結(jié)果，可在一種實驗中自行設計多形狀試樣以驗證實驗尺寸的影響。Liu等[9]采用Taguchi法，研究了層厚、光柵角度、沉積角度、氣隙、光柵寬度對PLA制件的拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度的影響，結(jié)合方差分析獲得了拉伸、彎曲、沖擊性能的最佳工藝參數(shù)水平，并利用灰色關(guān)聯(lián)分析法解決了多參數(shù)耦合響應的問題。此實驗在類似的FDM工藝參數(shù)的宏觀優(yōu)化中具有較好的代表性，但微觀過程仍需進一步實驗。Pan等[10]采用Taguchi法，研究了填充速度和層厚對PLA制件粘合強度的影響，發(fā)現(xiàn)粘合強度與填充速度、層厚成正比關(guān)系。Dakshinamurthy等[11]通過正交實驗、動態(tài)力學實驗和方差分析，研究了光柵角度、光柵寬度和層厚對丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)制件粘彈性的影響，發(fā)現(xiàn)層厚和光柵寬度的影響最大，占比分別為55%和31%。Mahmood等[12]同樣采用Taguchi法，針對不同幾何特征制件，研究了試樣寬、厚、外殼數(shù)及填充密度對ABS制件尺寸精度的影響，揭示了各工藝參數(shù)對尺寸精度的敏感度。此實驗注意到了試樣尺寸的影響性，這在FDM工藝參數(shù)優(yōu)化實驗中的研究是相當稀有的。

以上絕大部分研究均忽略了一個FDM工藝參數(shù)優(yōu)化過程中客觀存在的現(xiàn)象：在相同絲材、成型設備和工藝參數(shù)條件下打印不同尺寸規(guī)格制件時會存在尺寸精度差異性的問題。如果忽略了這種差異性，在采用不同質(zhì)量評價指標進行工藝參數(shù)優(yōu)化時會引起錯誤導向。對此，本文以3種尺寸規(guī)格PLA試樣為例，選擇層厚、填充速度、噴頭溫度和填充率為主要工藝參數(shù)因子，選取尺寸偏差、尺寸誤差和打印時間為打印質(zhì)量評價指標，采用Taguchi法及極差分析法研究不同尺寸規(guī)格與評價指標對PLA試樣熔融沉積工藝參數(shù)優(yōu)化的影響機制。

1 實驗方法

1.1 尺寸規(guī)格

參考GB/T 9341—2008、GB/T 1040.2—2006標準及文獻[5,9,13- 14]所述的拉伸、彎曲等試樣類型，設計如圖1所示的3種試樣尺寸規(guī)格，分別命名為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型試樣。統(tǒng)一定義寬度方向為X軸方向，長度方向為Y軸方向，厚度方向為Z軸方向，3種試樣的厚度取值均為4 mm。

圖1 3種尺寸規(guī)格的PLA試樣Fig.1 Three dimensions of PLA samples

1.2 評價指標

選取尺寸精度和打印效率為質(zhì)量評價指標。尺寸精度由尺寸誤差和尺寸偏差來評估，前者以百分比形式表示[15- 16]，后者以絕對值形式表示[17- 18]；打印效率由打印時間來評估。等效尺寸誤差E和等效尺寸偏差e分別由各自X、Y、Z方向的尺寸誤差和尺寸偏差計算獲得，具體計算公式如下：

(1)

(2)

E=ΔX+ΔY+ΔZ

(3)

e=|eX|+|eY|+|eZ|

(4)

式中，eX、eY、eZ為3個方向的尺寸偏差，ΔX、ΔY、ΔZ為3個方向的尺寸誤差，Xi、Yi、Zi為試樣尺寸的測量平均值，X、Y、Z為尺寸設計的理論值。

1.3 測量方案

PLA是一種結(jié)晶型聚合物材料，加熱熔化后會膨脹[19]，冷卻成型后會收縮[20]，并伴有彈性回復。因此在測量試樣尺寸之前，須將已完成打印的試樣從熱床上取下并靜置24 h，以保證試樣已定型，減小PLA材料剛成型時的熱收縮不穩(wěn)定帶來的測量誤差(見圖2)。

圖2 材料收縮帶來的測量誤差Fig.2 Measuring error due to material shrinkage

為保證實驗數(shù)據(jù)準確可靠，統(tǒng)一采用如圖3所示的卡尺測量點方案。其中，測量Ⅰ、Ⅱ型試樣的X和Z方向尺寸時，選取Y方向的3個四等分位置作為測量點；測量Ⅲ型試樣的X和Z方向尺寸時，分別選取Y方向的外部寬邊兩端中間位置和內(nèi)部窄邊3個四等分位置作為測量點。測量并記錄對應的Xi、Zi，取平均值并代入式(1)、(2)，計算獲得尺寸偏差Xe、Ze和尺寸誤差ΔX、ΔZ。測量3種試樣的Y方向尺寸時，選取寬邊兩端中間位置作為測量點，重復測量3次并記錄對應的Yi值，取平均值并代入式(1)、(2)，計算獲得對應的Ye、ΔY。最后，根據(jù)式(3)、(4)計算得到對應的等效尺寸誤差E和等效尺寸偏差e。

1.4 實驗材料

采用國產(chǎn)某型號PLA絲材，直徑為(1.75±0.02)mm，熔化溫度范圍為190～220 ℃，密度為(1.25±0.05)g/cm3。

1.5 設備儀器

FDM設備采用高諾A001型國產(chǎn)桌面打印機(圖4(a)所示)，噴嘴孔徑為0.4 mm，層厚范圍為0.05～0.40 mm，最高填充速度為200 mm/s，X、Y軸定位精度為0.025 0 mm，Z軸定位精度為0.012 5 mm。測量儀器選用LF170型鋅合金電子數(shù)顯卡尺(見圖4(b))，分辨率為0.01 mm。

1.6 實驗方案

采用四因素三水平的L9(34)陣列田口正交實驗表，以層厚(A)、填充速度(B)、噴頭溫度(C)和填充率(D)為主要因子，各水平對應因子的取值如表1所示。其他FDM工藝參數(shù)取值如下：壁厚、底/頂層厚均為0.4 mm，熱床溫度為65 ℃，回絲速度為40 mm/s，回退長度為4.5 mm，空移速度為90 mm/s，底/頂層速度為20 mm/s，外壁打印速度=內(nèi)壁打印速度=填充打印速度=填充速度，并在打印過程中保持不變。所有試樣的打印均在26 ℃室溫下進行。打印開始前，須將熱床平臺調(diào)平，噴頭位置歸0，同時熱床預熱至65 ℃。為了盡可能減少外界因素帶來的誤差，每次只打印一個試樣，并且每個試樣在平臺上的初始位置、相同類型試樣的打印位置均相同。每組試樣至少進行3次重復實驗，測量、記錄相應數(shù)據(jù)和打印時間。

圖4 實驗設備與儀器Fig.4 Experimental device and instrument

表1 L9(34)正交實驗表Table 1 L9(34)orthogonal experimental table

2 結(jié)果分析與討論

2.1 尺寸精度差異性分析

以尺寸偏差評價指標分析不同規(guī)格試樣在各因素水平下的尺寸精度差異性。圖5顯示了1-9組的尺寸偏差變化曲線。

從圖5(a)可以看出：3種試樣的等效尺寸偏差e值總體呈波浪遞增趨勢，且在第8組工藝參數(shù)水平下達到最高值；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型試樣e值的變化范圍分別是0.12～0.76、0.16～0.66、0.42～0.64 mm；各試樣之間e值大小也存在差別，Ⅲ型試樣e值除了在第8組小于Ⅰ型試樣外，其余均大于其他兩種試樣；而Ⅰ、Ⅱ型試樣e值在不同組各有高低。

從圖5(b)、5(c)、5(d)可以發(fā)現(xiàn)：除了第7-9組Ⅲ型試樣的eZ值變化趨勢與另兩種試樣相反外，各變化趨勢均呈波浪遞增趨勢，且大部分尺寸偏差在第8組或者接近第8組時達到最高值；同一組不同方向的尺寸偏差有明顯的差異性，eX主要表現(xiàn)為Ⅲ≈Ⅱ>Ⅰ，eY為Ⅰ>Ⅱ>>Ⅲ，eZ在第1-6組為Ⅱ≈Ⅲ>>Ⅰ、在第7-9組為Ⅲ>Ⅱ>>Ⅰ(“≈”表示前后兩者接近但前者總體比后者稍大，“>”表示前者絕大部分情況下大于后者，“>>”表示前者在任何情況下均大于后者且差值不小)。造成以上尺寸精度差異性的原因如下：

(1)試樣的長寬比或長厚比越大，對寬或厚邊尺寸精度差異性的影響越弱。由PLA材料可壓縮性和各向異性[21]可知，長邊越小，冷卻時對短邊收縮的抑制作用越弱，另兩個方向越容易收縮變形，隨著長寬比或長厚比的增大，這種抑制作用將加強，使寬和后邊實際尺寸比理論值大的概率增加。因此，相同組3種尺寸規(guī)格試樣的eX、eZ大致呈現(xiàn)出Ⅲ≈Ⅱ>Ⅰ的現(xiàn)象。

圖5 3種PLA試樣的尺寸偏差變化曲線

(2)長邊尺寸是引起Y方向尺寸精度差別較大的主要原因。冷卻時，長邊收縮引起的形變要比其他邊大，導致Y方向的實際尺寸測量值比理論值小，根據(jù)應變和形變的關(guān)系，應變相同的情況下尺寸越大的邊收縮效果越明顯，eY越小。因此，相同水平下3種尺寸規(guī)格試樣的eY大致呈現(xiàn)為Ⅰ>Ⅱ>>Ⅲ的現(xiàn)象。

(3)因素A(層厚)對Z方向尺寸精度差異性的影響較大，當層厚增大到一定值后將會引起eZ的較大波動。由圖5(d)中可見，前6組(層厚為0.1、0.2 mm)的eZ均維持在一個較小幅值(±0.1 mm)范圍內(nèi)波動，但后3組實驗(層厚為0.3 mm)的eZ值出現(xiàn)了較大波動，Ⅰ型試樣的eZ波動范圍下降至-0.15～-0.20 mm，Ⅱ、Ⅲ型試樣的eZ值波動范圍上升至0.15～0.25 mm。主要原因是PLA熔絲經(jīng)噴嘴擠出沉積后均會向反方向(即Z方向)產(chǎn)生一定量的回彈，隨著層厚的增大，回彈越明顯，eZ的波動幅度越大。同時，當前層沉積材料的回彈會受到下一層材料熔覆的壓力抑制，相鄰層間存在一個周期時間，該時間決定了該層的回彈抑制作用，而頂層的回彈不受抑制，也決定了Z方向高度。 Ⅰ型試樣由于尺寸規(guī)格較小，周期相對較短，回彈抑制作用明顯，同時隨著層厚的增大，eZ呈現(xiàn)出在負范圍內(nèi)較大幅度的波動特性；而Ⅱ、Ⅲ型試樣由于尺寸規(guī)格逐步變大，周期變長，回彈抑制作用減弱，同時隨著層厚的增大，eZ呈現(xiàn)出正范圍內(nèi)較大幅度的波動特性。另外，噴嘴與熱床間隙大小直接影響了每一層熔絲的高度和線寬[22]，同時也間接對Z方向的尺寸精度造成影響。因此，Z方向的尺寸精度差異性更加復雜。

2.2 極差分析

由表2分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)：Ⅰ型試樣因素順序為A>B>D>C，Ⅱ型為A>D>B>C，Ⅲ型為A>C>D>B；Ⅰ型試樣優(yōu)組合為A1B3C1D2(誤差指標)和A1B3C3D1(偏差)，Ⅱ型為A1B3C3D1(誤差指標)和A1B3C2D2(偏差)，Ⅲ型為A1B3C3D1(兩種指標)；相同尺寸規(guī)格試樣在兩種評價指標下的因素順序相同；3種尺寸規(guī)格試樣的因素A和B優(yōu)水平相同，但Ⅰ、Ⅱ型試樣優(yōu)組合有差別。造成以上結(jié)果的原因是：

表2 3種PLA試樣等效尺寸誤差、等效尺寸偏差極差分析結(jié)果Table 2 Equivalent dimension error and equivalent dimension deviation range analysis results of three PLA samples

(1)因素A(層厚)是影響尺寸精度的最主要工藝參數(shù)。本實驗因素A的最低水平為0.1 mm，相鄰兩水平間隔為0.1 mm，均遠大于試樣精度分辨率0.01 mm，因而因素A的變化對3種類型試樣尺寸精度的影響顯著，層厚越大，尺寸精度越低，同時打印效率越高，反之亦然[23- 25]。

(2)因素B(填充速度)對尺寸精度的影響隨著試樣尺寸規(guī)格的增大而減小。打印大尺寸規(guī)格試樣的外輪廓具有更充裕的時間恒速熔覆，熔絲平穩(wěn)擠出，這種穩(wěn)定擠出過程在一定程度上削弱了因素B對尺寸精度的影響。

(3)因素C(噴頭溫度)對Ⅰ、Ⅱ型試樣尺寸精度的影響最弱，但對Ⅲ型試樣尺寸精度的影響較大。因為在打印較大尺寸規(guī)格試樣的外輪廓過程中，因素C水平的不同會使熔絲受到的拉伸和熱收縮作用差異較大，進而引起較大的尺寸精度誤差或偏差。

(4)因素D(填充率)對不同試樣的尺寸精度的影響相對比較復雜，主要表現(xiàn)為對Ⅰ、Ⅲ型試樣的影響較小而對Ⅱ型試樣的影響較大。這可能與試樣尺寸大小和形狀有關(guān)，如圖6所示，每一層輪廓熔融沉積時均按照先外后內(nèi)的順序進行。為了讓外輪廓和內(nèi)部填充充分粘合，二者部分掃描軌跡需重疊。重疊區(qū)域每一層新熔覆的材料會對已成型部分產(chǎn)生側(cè)向擠壓作用，在一定程度上抑制了外輪廓的冷卻收縮。由于Ⅰ型試樣尺寸規(guī)格小，重疊區(qū)域少，且XY平面投影形狀為規(guī)整的矩形，填充率的變化對尺寸精度的影響不大；Ⅲ型試樣尺寸規(guī)格大，重疊區(qū)域多，但XY平面投影形狀是帶有弧度轉(zhuǎn)折的啞鈴形，熔絲在多個拐角處堆積嚴重，在一定程度上削弱了填充率對尺寸精度的影響；Ⅱ型試樣尺寸規(guī)格適中，重疊區(qū)域較多，且XY平面投影形狀為規(guī)整的矩形，反而增強了填充率對尺寸精度的影響。

圖6 填充軌跡結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Structure of filling path

對比兩種評價指標的極差分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)：尺寸偏差指標用于評價試樣尺寸精度更為科學合理。因為等效尺寸誤差E和等效尺寸偏差e中來自X、Y、Z方向的占比具有明顯的不同(見圖7)：等效尺寸偏差e的各部分的占比更為均衡，而等效尺寸誤差E則極為分散。由式(2)可知，尺寸誤差占比分散的主要原因是試樣的長寬比和長厚比大可導致極差分析中長邊方向的尺寸誤差占比(如Y方向)減小，因此，尺寸誤差指標不適用于評價各方向尺寸比值過大的制件尺寸精度，建議采用尺寸偏差指標來評價。

圖7 3種試樣的等效尺寸偏差e和誤差E在3個方向上的占比

在打印時間的記錄中，對各試樣進行類似表2的分析，結(jié)果(具體結(jié)果略)發(fā)現(xiàn)：3種試樣的因素影響順序相同，均為A>D>C>B，且除了Ⅰ型試樣因素B的優(yōu)水平有所差異外，其他因素的優(yōu)水平均一致。由具體分析結(jié)果可知，因素A(層厚)對3種尺寸規(guī)格試樣打印效率的影響最大，因素D(填充率)次之，因素C(噴頭溫度)和因素B(填充速度)的極差均比較小，可忽略，且噴頭溫度理論上不影響打印效率。綜合而言，在評價這些試樣的打印效率時，只需重點考慮層厚和填充率兩個因素的影響。

2.3 工藝參數(shù)組合優(yōu)化方案

各試樣在各評價指標下的工藝參數(shù)優(yōu)水平如圖8所示。不同試樣在同一評價指標、同一工藝參數(shù)下的優(yōu)水平接近但不完全相同，說明工藝參數(shù)的優(yōu)水平受到尺寸規(guī)格的影響，但主要還是取決于其自身對FDM過程的影響程度。兩種影響均需考慮進優(yōu)化過程中，否則所得結(jié)論受隨機因素的影響較大，容易使結(jié)論失效。對比分析結(jié)果，建議4個工藝參數(shù)的組合優(yōu)化方案設置為：以高精度為質(zhì)量評價偏好時，采用尺寸偏差評價指標，Ⅰ、Ⅲ型試樣選擇層厚為0.1 mm、填充速度為120 mm/s、噴頭溫度為208 ℃、填充率為10%的方案(A1B3C3D1)，而Ⅱ型試樣選擇層厚為0.1 mm、填充速度為120 mm/s、噴頭溫度為200 ℃、填充率為20%的方案(A1B3C2D2)；以高效率為質(zhì)量評價偏好時，忽略填充速度和噴頭溫度因素的影響，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型試樣均可選擇層厚為0.3 mm、填充率為10%的方案(A3D1)；同時兼顧精度和效率時，綜合采用尺寸偏差和打印時間評價指標，Ⅰ型試樣選擇層厚為0.2 mm、填充速度為90 mm/s、噴頭溫度為200 ℃、填充率為10%的方案(A2B2C2D1)，Ⅱ型試樣選擇層厚為0.2 mm、填充速度為120 mm/s、噴頭溫度為200 ℃、填充率為10%的方案(A2B3C2D1)，Ⅲ型試樣選擇層厚為0.1 mm、填充速度為90 mm/s、噴頭溫度為208 ℃、填充率為10%的方案(A2B2C3D1)?？梢钥吹?，不同試樣的結(jié)果稍微有所不同，這也證明了尺寸規(guī)格會對尺寸精度有所影響，從而影響工藝參數(shù)的優(yōu)化。此外，以上實驗及分析除了揭示各工藝參數(shù)對尺寸精度和打印效率的影響機理之外，用該方法所得結(jié)論對不同偏好以及不同試樣尺寸規(guī)格下準確地作出相應的優(yōu)化策略具有指導性。但本實驗僅針對3種尺寸規(guī)格的試樣進行了宏觀Taguchi實驗，所以未來需要收集更多樣本，以完善同類型實驗的研究結(jié)果，且對復雜形狀試樣及微觀意義上的研究也需完善，本文在尺寸規(guī)格以及各評價指標上進行了創(chuàng)新，后續(xù)可利用類似的方法進行以除尺寸精度和打印效率外的打印質(zhì)量為優(yōu)化目標的優(yōu)化?？傊?，尺寸規(guī)格需要受到各相關(guān)研究人員的重視。

圖8 3種試樣在3種評價指標下的工藝參數(shù)優(yōu)水平

3 結(jié)論

本文以3種尺寸規(guī)格PLA試樣為例，選取層厚、填充速度、噴頭溫度和填充率為主要工藝參數(shù)因素，采用L9(34)Taguchi田口正交實驗法，對不同尺寸規(guī)格PLA試樣在不同質(zhì)量評價指標下的熔融沉積工藝參數(shù)優(yōu)化進行了研究。通過尺寸精度差異性分析和極差分析，得到以下結(jié)論。

(1)不同尺寸規(guī)格PLA試樣熔融沉積時存在尺寸精度的差異性。具體表現(xiàn)為：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型試樣的等效尺寸偏差總體上呈波浪遞增趨勢，而且波動特性各不相同，其中尺寸規(guī)格較小的Ⅰ型試樣等效尺寸偏差值波動最大，Ⅱ型試樣次之，Ⅲ型試樣波動最??；類似地，3種試樣在X、Y、Z方向上的尺寸偏差總體上也呈波浪遞增趨勢，但當層厚最大時Ⅲ型試樣的Z方向尺寸偏差呈波浪遞減趨勢；在相同工藝參數(shù)條件下，3種試樣的等效尺寸偏差和X、Y、Z方向的等效尺寸偏差值均存在差別，尺寸規(guī)格較大的Ⅲ型試樣的等效尺寸偏差總體上大于其他兩種試樣的等效尺寸偏差，而Ⅰ型和Ⅱ型試樣的等效尺寸偏差則各有高低差別；X方向的等效尺寸偏差主要表現(xiàn)為Ⅲ≈Ⅱ>Ⅰ，Y方向的尺寸偏差主要表現(xiàn)為Ⅰ>Ⅱ>>Ⅲ，Z方向的尺寸偏差值則存在兩種情況(當層厚最大時主要表現(xiàn)為Ⅲ>Ⅱ>>Ⅰ，其余情況則表現(xiàn)為Ⅱ≈Ⅲ>>Ⅰ)。

(2)不同評價指標評價不同尺寸規(guī)格PLA試樣的尺寸精度時存在差異性。采用尺寸誤差和尺寸偏差指標評價相同尺寸規(guī)格試樣時得到的因素順序是相同的，但評價不同尺寸規(guī)格試樣時則有差別，主要表現(xiàn)為：影響Ⅰ型試樣尺寸精度的因素順序為A>B>D>C，Ⅱ型試樣為A>D>B>C，Ⅲ型試樣為A>C>D>B；3種尺寸規(guī)格試樣的層厚和填充速度的優(yōu)水平都相同，但優(yōu)組合在Ⅰ、Ⅱ型試樣中有差異。由此可見：層厚對尺寸精度的影響最大，層厚越大，尺寸精度越低，但打印效率越高；填充速度對尺寸精度的影響隨著試樣尺寸規(guī)格的增大而減小；噴頭溫度對Ⅰ型和Ⅱ型試樣尺寸精度的影響最弱，但對Ⅲ型試樣尺寸精度的影響較大；填充率對Ⅰ型和Ⅲ型試樣尺寸精度的影響較小，而對Ⅱ型試樣尺寸精度的影響較大。此外，尺寸偏差指標用于評價制件尺寸精度更為科學合理。

(3)采用打印時間評價指標評價3種尺寸規(guī)格PLA試樣的打印效率時因素順序相同，均為A>D>C>B，并且除了Ⅰ型試樣填充速度的優(yōu)水平有差別外，其他因素的優(yōu)水平均相同。由此可知，對于不同尺寸規(guī)格試樣，層厚是影響打印效率的最大因素，其次是填充率，噴頭溫度和填充速度由于極差較小，影響微弱，故在評價打印效率時可忽略。

(4)對比4個工藝參數(shù)優(yōu)水平數(shù)據(jù)結(jié)果，可得到3種尺寸規(guī)格PLA試樣的工藝參數(shù)優(yōu)化組合方案：質(zhì)量要求傾向高精度時，建議采用尺寸偏差評價指標，Ⅰ、Ⅲ型試樣選擇A1B3C3D1方案，Ⅱ型試樣選擇A1B3C2D2方案；質(zhì)量要求傾向高效率時，建議采用打印時間為評價指標，忽略填充速度和噴頭溫度因素的影響，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型試樣均可選擇A3D1方案；質(zhì)量要求同時兼顧精度與效率時，建議綜合采用尺寸偏差和打印時間為評價指標，Ⅰ型試樣選擇A2B2C2D1方案，Ⅱ型試樣選擇A2B3C2D1方案，Ⅲ型試樣選擇A2B2C3D1方案。