增材制造技术作为一种新型的数字化制造技术,从计算机CAD设计到最后零件成型均不需要加工模具,可以在短期内制造任何复杂结构的物体,有效地缩短了产品研发周期、提高了产品质量并降低了生产成本。在主流的增材制造技术中,熔融沉积成型(FDM)技术设备简单、工艺洁净、运行成本低且不产生过多加工残留物,已经成为应用最广泛并且增长速度最快的一种成型工艺。然而,适用于熔融沉积成型的材料种类较少,主要为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯-的三元共聚物(ABS)与聚乳酸(PLA)两种热塑性塑料。其中,PLA因为其良好的生物相容性,降解时也不会对环境产生污染而被广泛应用。但是,由于它较差的冲击性能而无法应对生物结构的复杂性以及它较差的热稳定性,使得其FDM成型件的性能受限,也制约了FDM技术在生物医疗领域的广泛应用。针对FDM工艺的特性,开发新型的高分子复合材料可以作为拓宽FDM材料范围的一种有效方法。将天然无机物填料独特的力学、热学等特性与高分子材料的韧性、加工性、耐蚀耐磨等性质结合起来,是提高FDM成型件综合性能的有效途径。基于该思路,本文首先采用熔融混合的方法,制备了聚乳酸/有机改性蒙脱土(OMMT)纳米复合材料,再借助单螺杆挤出机制备了PLA/OMMT纳米复合丝材。进一步系统地研究了掺杂量和成型工艺(打印方向以及光栅角度)对3D打印样件成型精度和力学性能的影响规律,并评估了PLA/OMMT其作为一种新型的FDM打印材料的适用性。主要研究成果如下:(1)复合丝材的性能与其制备过程及OMMT的添加量有很大的关系特别是对丝材的熔融指数以及力学性能产生明显影响。研究发现,随着OMMT掺杂量增加,丝材的熔融指数呈降低趋势。在较高的螺杆转速下,掺杂量1 wt%时流动性降低明显;随着掺杂量的升高,流动性降低呈减弱趋势;而在较低的螺杆转速下,流动性随着OMMT掺杂量的提高,流动性一直降低。螺杆转速为在8 rpm时,蒙脱土掺杂含量为1 wt%,丝材拥有较优异的流动性,过高或过低的旋转速度与蒙脱土掺杂含量都会削弱丝材强度。(2)对PLA/OMMT纳米复合材料FDM打印件进行综合力学性能分析,发现有机改性蒙脱土为1 wt%的掺杂时,拉伸强度、弯曲强度以及冲击强度相比纯PLA均有一定程度的提高,而微观结构相近,OMMT对PLA起到较好的增强做用;随着掺杂含量的继续增加,此时打印成型过程受粘性烧结动力学影响,较低的熔体流动性限制了丝间粘结,形成大量微气孔,各项力学性能均明显降低。且通过适当比例的有机改性蒙脱土的掺杂,复合材料的结晶性能以及热稳定性能都得到了改善,以及动态力学性能也都有相应的提高。(3)通过单因素实验设计,对PLA/OMMT纳米复合材料FDM打印件进行表面粗糙度以及成型精度分析,发现工艺参数对不同OMMT掺杂含量下成型件表面粗糙度以及成型精度都各有影响,层厚较大时相对应层的数量也较少,这样会减少加热和冷却周期的数量。同时,较小的路径宽度会造成更不均匀的喷嘴速度,所以可能就会导致较大的表面粗糙度。发现在0.2 mm的分层厚度以及0°方向下打印可以获得表面粗糙度更低的样件,且有机改性蒙脱土为1 wt%的掺杂时制备所得的打印件的表面粗糙度以及成型精度都优于其他材料。