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3D打印技术之熔融沉积成型(FDM)原理

来源:e键打印   发布时间:2016-06-30 11:20:58   浏览次数:

3D打印技术之熔融沉积成型(FDM)原理

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FDM是“Fused Deposition Modeling”的简写形式,即为熔融沉积成型,这项3D打印技术由美国学者Scott Crump于1988年研制成功。FDM通俗来讲就是利用高温将材料融化成液态,通过打印头挤出后固化,最后在立体空间上排列形成立体实物。


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【FDM快速成型技术的技术原理】:


FDM机械系统主要包括喷头、送丝机构、运动机构、加热工作室、工作台5个部分(如下图)。熔融沉积工艺使用的材料分为两部分:一类是成型材料,另一类是支撑材料。


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将低熔点丝状材料通过加热器的挤压头熔化成液体,使熔化的热塑材料丝通过喷头挤出,挤压头沿零件的每一截面的轮廓准确运动,挤出半流动的热塑材料沉积固化成精确的实际部件薄层,覆盖于已建造的零件之上,并在1/10s内迅速凝固,每完成一层成型,工作台便下降一层高度,喷头再进行下一层截面的扫描喷丝,如此反复逐层沉积,直到最后一层,这样逐层由底到顶地堆积成一个实体模型或零件。


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FDM成形中,每一个层片都是在上一层上堆积而成,上一层对当前层起到定位和支撑的作用。随着高度的增加,层片轮廓的面积和形状都会发生变化,当形状发生较大的变化时,上层轮廓就不能给当前层提供充分的定位和支撑作用,这就需要设计一些辅助结构-“支撑”,以保证成形过程的顺利实现。支撑可以用同一种材料建造,现在一般都采用双喷头独立加热,一个用来喷模型材料制造零件,另一个用来喷支撑材料做支撑,两种材料的特性不同,制作完毕后去除支撑相当容易。送丝机构为喷头输送原料,送丝要求平稳可靠。送丝机构和喷头采用推-拉相结合的方式,以保证送丝稳定可靠,避免断丝或积瘤。


【FDM快速成型工艺的优点】


(1)成本低。熔融沉积造型技术用液化器代替了激光器,设备费用低;另外原材料的利用效率高且没有毒气或化学物质的污染,使得成型成本大大降低。

(2)采用水溶性支撑材料,使得去除支架结构简单易行,可快速构建复杂的内腔、中空零件以?及一次成型的装配结构件。

(3)原材料以卷轴丝的形式提供,易于搬运和快速更换。

(4)可选用多种材料,如各种色彩的工程塑料ABS、PC、PPS以及医用ABS等。

(5)原材料在成型过程中无化学变化,制件的翘曲变形小。

(6)用蜡成型的原型零件,可以直接用于熔模铸造。

(7)FDM?系统无毒性且不产生异味、粉尘、噪音等污染。不用花钱建立与维护专用场地,适合于办公室设计环境使用。

(8)材料强度、韧性优良,可以装配进行功能测试。


【FDM快速成型工艺的缺点】


(1)原型的表面有较明显的条纹。

(2)与截面垂直的方向强度小。

(3)需要设计和制作支撑结构。

(4)成型速度相对较慢,不适合构建大型零件。

(5)原材料价格昂贵。

(6)喷头容易发生堵塞,不便维护。


【FDM快速成型技术的应用】


FDM快速成型机采用降维制造原理,将原本很复杂的三维模型根据一定的层厚分解为多个二维图形,然后采用叠层办法还原制造出三维实体样件。由于整个过程不需要模具,所以大量应用于汽车、机械、航空航天、家电、通讯、电子、建筑、医学、玩具等产品的设计开发过程,如产品外观评估、方案选择、装配检查、功能测试、用户看样订货、塑料件开模前校验设计以及少量产品制造等,也应用于政府、大学及研究所等机构。用传统方法须几个星期、几个月才能制造的复杂产品原型,用FDM成型法无需任何刀具和模具,瞬间便可完成。


由于FDM工艺的特点,FDM已经广泛地应用于制造行业。它降低了产品的生产成本,缩短了生产周期,大大地提高了生产效率,给企业带来了较大的经济效益。


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