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熔融沉积成型工艺详细介绍

更新时间: 2020-01-03 17:43:32  查看次数: 128    

摘要:熔融沉积成型,是一种将各种热熔性的丝状材料(蜡、ABS和尼龙等)加热熔化成形的方法,是3D打印技术的一种。 又可被称为FFM熔丝成型 (Fused Filament Modeling) 或FFF熔丝制造 (Fused Filament Fabrication),其后两个不同名词主要只是为了避开前者FDM专利问题,然而核心技术原理与应用其实均是相同的。热熔性材料的温度始终稍高于固化温度,而成型的部分温度稍低于固化温度。热熔性材料挤喷出喷嘴后,随即与前一个层面熔结在一起。一个层面沉积完成后,工作台按预定的增量下降一个层的厚度,再继续熔喷沉积,直至完成整个实体零件。


熔融沉积成型工艺,简称FDM(Fused Deposition Modeling),比较适合家用和办公场所,可以进行新产品研发,也可以制作各类三维实体模型制造。1993年,美国Stratasys公司开发出第一台FDM1650机型,此后又推出了FDM 2000、FDM 3000、FDM 8000、FDM Quantum等机型。该技术无需使用激光系统,价格低廉又不乏可靠性,因此FDM有着其特有的优越性,应用也较广泛,得到了市场的广泛认可。


熔融沉积成型,原材料为热熔性丝状材料,经由喷嘴加热融化后均匀喷出,通过设备程序控制喷头与工作台在X轴、Y轴、Z轴移动,逐次喷画出结构件各个层厚的截面轮廓,直至结构件打印完成。将实心丝材缠绕在供料辊子上,通过送丝棍子的摩擦力源源不断的为喷头送丝,喷头在程序控制下工作于X轴,工作台工作于Y轴,通过模型数据喷画出一个层厚的截面轮廓,一层打印完毕后,工作台在Z轴下降一个层厚的距离(或喷头在Z轴上升一个层厚的距离),完成下一个层厚的打印。热熔性材料和成型部分相接触位置的温度一直处于固化温度的临界值附近并形成温度差,因此新挤出的材料总能与前一层牢固粘接,如此往复,形成了所制结构体。


熔融沉积成型技术不采用激光,因而这种仪器的使用、维护比较便捷,成本不高。用蜡成型的零件模型,能够用于石蜡铸造;利用 PLA、ABS 成型的模型具有较高的强度,可以直接用于产品的测试和评估等。近年来又开发出 PPSF、PC等高强度的材料,可以利用上述材料制造出功能性零件或产品。鉴于 FDM 技术的很多优点,所以该技术在取得了快速发展。


由于采用熔融沉积成型工艺的成型件是利用熔融状态下的丝材在工作空间中层层堆积而成,因此在构建模型时,通常需要设计辅助支撑结构。美国 Stratasys 公司随机附有产生支撑结构的切片软件,而且可以把水溶性丝材当作支撑结构的材料,当模型加工完毕后,只需要通过水洗处理,就可以快速便捷的去掉支撑结构,这在很大程度上简化了熔融沉积成型技术的后处理过程,优化了制件的表面精度。


熔融沉积成型技术所用的成型材料一般为热塑性材料,常见的有 PLA、ABS、尼龙等。其工艺原理是成型材料和支撑材料通过送丝机构送进相应的喷嘴,在喷嘴内被加热至熔融状态,喷嘴通过成型系统的控制,根据提前设定的轮廓信息和填充轨迹做平面运动,而且经由喷嘴挤出的材料均匀地平铺在每一层截面轮廓上,此时被挤出的丝材在短时间内快速冷却,并和上一层固化的材料粘连在一起,层层堆积,最终生成所需的实体零件。


熔融沉积成型工艺整个系统的构造原理和操作简单,打印机成本低廉,系统稳定安全,材料无毒无害,适合办公环境中使用,因此被广泛应用,它不仅能够制造任意复杂的零件,还能制作彩色原型,原材料无化学变化,使用寿命较长。然而FDM成型件表面质量不高,原材料价格昂贵,成型过程中需要对整个截面进行扫描涂覆,因此成型时间相对较长。



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