熔融沉积成型(FDM)技术因工艺设备简单、成本低廉等优点,是目前应用最为广泛的3D打印技术之一。该技术不仅可实现产品原型构建,还可用于成型各种功能结构制件,因此研究FDM 3D打印构件的力学行为已成为重要的研究课题。本文运用FDM技术,选用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)为打印材料,采用正交铺层的成型策略,制备不同铺层角度的FDM成型制件。通过层合板理论、实验和数值模拟相结合的研究方法,研究铺层角度(成型角度)和不同应变率加载条件对FDM成型制件力学性能的影响,具体内容如下:(1)通过FDM 3D打印技术,制备铺层角度为0°、45°、90°的三种单层试样和0°/90°、15°/-75°、30°/-60°、45°/-45°四种正交铺层FDM试样。通过单轴拉伸和压缩实验,研究了成型角度和不同应变率对正交铺层FDM试样拉伸、压缩力学性能的影响,揭示正交铺层FDM拉伸试样的变形机理。结果表明,拉伸试样的弹性模量对成型角度并不敏感,受熔接区域力学性能相对薄弱的影响,压缩试样的弹性模量随成型角度增大而降低。成型角度为45°时试样的抗拉强度最大,成型角度为0°时试样的抗压性能最好。正交铺层试样的抗拉性能和抗压性能均随加载速率的增大而提高,且与应变速率的自然对数呈近似线性关系,表现为一定的率敏感性。(2)根据层合板理论,给出了不考虑率效应的FDM 3D打印正交铺设结构的偏轴模量矩阵;结合层合板逐层失效的机理和蔡-胡失效准则,得到了FDM 3D打印构件理论失效强度,并与实验结果进行对比分析。结果表明,层合板理论和极限强度计算方法可用以分析正交铺层FDM试样力学性能,而受热应力、层间熔接区与丝材性能差异等影响,理论计算与实验结果存在一定的差异。(3)运用ABAQUS有限元分析软件,对正交铺层FDM试样的拉伸过程进行数值模拟,得到正交铺层FDM试样拉伸过程中应力和变形的变化情况,揭示了铺层角度和不同应变率对FDM试样的拉伸过程的影响规律。结果表明,正交铺层FDM试样表现为各向异性,且不同铺层角度对试样的力学性能和拉伸断面角度的影响较大。将数值模拟结果与实验结果进行对比,两者结果基本吻合。