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3D打印技术之FDM熔融沉积成型工艺

2015-7-20 9:49:31

  3D打印技术之FDM熔融沉积成型工艺(Fused Deposition Modeling)是继LOM工艺和SLA工艺之后发展起来的一种3D打印技术。该技术由Scott Crump于1988年发明,随后Scott Crump创立了Stratasys公司。

  1992年,Stratasys公司推出了世界上第一台基于FDM技术的3d打印机——“3D造型者(3D Modeler)”,这也标志着FDM技术步入商用阶段。

  熔融沉积有时候又被称为熔丝沉积,它将丝状的热熔性材料进行加热融化,通过带有微细喷嘴的挤出机把材料挤出来。喷头可以沿X轴的方向进行移动,工作台则沿Y轴和Z轴方向移动(当然不同的设备其机械结构的设计也许不一样),熔融的丝材被挤出后随即会和前一层材料粘合在一起。一层材料沉积后工作台将按预定的增量下降一个厚度,然后重复以上的步骤直到工件完全成型。

  热熔性丝材(通常为ABS或PLA材料)先被缠绕在供料辊上,由步进电机驱动辊子旋转,丝材在主动辊与从动辊的摩擦力作用下向挤出机喷头送出。在供料辊和喷头之间有一导向套,导向套采用低摩擦力材料制成以便丝材能够顺利准确地由供料辊送到喷头的内腔。

  喷头的上方有电阻丝式加热器,在加热器的作用下丝材被加热到熔融状态,然后通过挤出机把材料挤压到工作台上,材料冷却后便形形成了工件的截面轮廓。

  采用FDM工艺制作具有悬空结构的工件原型时需要有支撑结构的支持,为了节省材料成本和提高成型的效率,新型的FDM设备会采用了双喷头的设计,一个喷头负责挤出成型材料,另外一个喷头负责挤出支撑材料。

  一般来说,用于成型的材料丝相对更精细一些,而且价格较高,沉积效率也较低。用于制作支撑材料的丝材会相对较粗一些,而且成本较低,但沉积效率会更高些。支撑材料一般会选用水溶性材料或比成型材料熔点低的材料,这样在后期处理时通过物理或化学的方式就能很方便地把支撑结构去除干净。

  FDM快速模型技术的优点:

  1.操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。(没有毒气或化学物质的危险,不使用激光)

  2.工艺干净、简单、易于材作且不产生垃圾。

  3.尺寸精度较高,表面质量较好,易于装配。可快速构建瓶状或中空零件。

  4.原材料以卷轴丝的形式提供,易于搬运和快速更换。(运行费用低)

  5.原材料费用低。

  6.材料利用率高。

  7.可选用多种材料,如可染色的ABS和医用ABS、PC、PPSF、浇铸用蜡和人造橡胶。

  FDM快速模型技术缺点:

  1.精度较低,难以构建结构复杂的零件。做小件或精细件时精度不如SLA,最高精度不高。

  2.与截面垂直的方向强度小。

  3.成形速度相对较慢,不适合构建大型零件。