3D打印成型工藝及材料3D打印技術(shù)研究所第5章

熔融沉積成型工藝及材料3D打印成型工藝及材料3D打印技術(shù)研究所第5章熔融沉積成型1熔融沉積成型工藝及材料2

成型原理及工藝

成型系統(tǒng)3

概述14

成型材料6

典型應(yīng)用

成型影響因素5熔融沉積成型工藝及材料2成型原理及工藝成型系2ScottCrump于1988年首先提出了熔融沉積成型思想，并在同年成立了Stratasys公司。Stratasys公司從1993年開始先后推出了FDM1650、FDM2000、FDM3000和FDM8000等機(jī)型。1998年推出的FDM-Quantum機(jī)型，采用擠出頭磁浮定位系統(tǒng)，可同時(shí)獨(dú)立控制兩個(gè)噴頭，其中一個(gè)噴頭用于填充成型材料，另一個(gè)噴頭用于填充支撐材料，其造型速度為過(guò)去的5倍。Stratasys公司的Mojo、Dimension、uPrint和Fortus等多個(gè)產(chǎn)品均采用FDM為核心技術(shù)。5.1

概述ScottCrump于1988年首先提出了熔融沉積成型思想3桌面級(jí)FDM成型設(shè)備：MakerBot公司的MakerBotReplicator系列3DSystems公司的Cube系列北京太爾時(shí)代公司的UP系列杭州先臨公司的Einstart系列5.1

概述桌面級(jí)FDM成型設(shè)備：5.1概述41.熔融擠出過(guò)程FDM工藝采用噴頭加熱器將絲狀或粒狀熱熔性材料加熱熔化，并以極細(xì)絲狀從噴嘴擠出。在溫度達(dá)到絲材軟化點(diǎn)之前，絲材與加熱腔之間有一段間隙不變的區(qū)域，稱為加料段。隨著絲材表面溫度升高，物料熔化，形成一段絲材直徑逐漸變細(xì)直到完全熔融的區(qū)域，稱為熔化段。在物料被擠出口之前，有一段完全由熔融物料充滿機(jī)筒的區(qū)域，稱為熔融段。5.2

成型原理及工藝5.2.1成型原理1.熔融擠出過(guò)程5.2成型原理及工藝5.2.1成型原理52.噴頭內(nèi)熔體的熱平衡假設(shè)噴頭內(nèi)部溫度處處相等，沿噴頭接觸方向不存在熱流。

5.2

成型原理及工藝5.2.1成型原理QME：隨熔體進(jìn)入噴嘴的熱量QMA：噴頭中被對(duì)流帶走的熱量QRAD：噴頭中以熱輻射方式失去的熱量Q耗：噴頭中單位時(shí)間內(nèi)的熱量耗散QH

：加熱系統(tǒng)供給的熱量QCA

：空氣中流失的熱量2.噴頭內(nèi)熔體的熱平衡5.2成型原理及工藝5.2.1成62.噴頭內(nèi)熔體的熱平衡

5.2

成型原理及工藝5.2.1成型原理熱平衡的一般形式為：進(jìn)入系統(tǒng)的熱流-離開系統(tǒng)的熱流+單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量=單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)的熱量2.噴頭內(nèi)熔體的熱平衡5.2成型原理及工藝5.2.1成73.噴頭內(nèi)熔體流動(dòng)性

噴嘴流道由直徑分別為D1和D2的等截面圓管和由D1過(guò)渡到D2的錐形圓管組成。錐形圓管能更好的減小流道直徑突變所帶來(lái)的阻力變化，還可以避免發(fā)生局部紊流現(xiàn)象。直徑為D2的末端圓管用于熔體擠出成型前的穩(wěn)定性流動(dòng)，以便成型更精確穩(wěn)定的尺寸。不同流道內(nèi)的流場(chǎng)導(dǎo)致各個(gè)流道出現(xiàn)不同壓力差。5.2

成型原理及工藝5.2.1成型原理3.噴頭內(nèi)熔體流動(dòng)性5.2成型原理及工藝5.2.1成型83.噴頭內(nèi)熔體流動(dòng)性

1）等截面圓形管道中的熔體流動(dòng)假設(shè)熔體沿z向流動(dòng)是等溫且穩(wěn)定的，忽略入口效應(yīng)且流動(dòng)是充分發(fā)展的，則此時(shí)的流動(dòng)流場(chǎng)可簡(jiǎn)化為z方向單向流動(dòng)。壓力差為：5.2

成型原理及工藝5.2.1成型原理3.噴頭內(nèi)熔體流動(dòng)性5.2成型原理及工藝5.2.1成型93.噴頭內(nèi)熔體流動(dòng)性

2）錐形圓管中的熔體流動(dòng)整個(gè)流道中的總壓力差?P為兩段圓形管道和一段錐形管道三段壓力差之和。5.2

成型原理及工藝5.2.1成型原理3.噴頭內(nèi)熔體流動(dòng)性5.2成型原理及工藝5.2.1成型104.絲材粘結(jié)機(jī)理

材料確定條件下，絲材粘結(jié)界面溫度越高，有效擴(kuò)散時(shí)間越充分，分子運(yùn)動(dòng)就越劇烈，絲材中越過(guò)界面的分子擴(kuò)散量越多。5.2

成型原理及工藝5.2.1成型原理4.絲材粘結(jié)機(jī)理5.2成型原理及工藝5.2.1成型原理111.前處理5.2

成型原理及工藝5.2.2成型工藝CAD三維建模01STL文件轉(zhuǎn)換及修復(fù)02確定擺放方位03切片分層041.前處理5.2成型原理及工藝5.2.2成型工藝CAD122.成型過(guò)程

在計(jì)算機(jī)控制下，電機(jī)驅(qū)動(dòng)送料機(jī)構(gòu)使絲材不斷地向噴頭送進(jìn)，絲材在噴頭中通過(guò)加熱器將其加熱成熔融態(tài)，計(jì)算機(jī)根據(jù)分層截面信息控制噴頭沿一定路徑和速度移動(dòng)，熔融態(tài)材料從噴頭中不斷被擠出，隨即與前一層粘結(jié)在一起。每成型一層，噴頭上升一截面層的高度或工作臺(tái)下降一個(gè)層的厚度，繼續(xù)填充下一層，如此反復(fù)，直至完成整個(gè)實(shí)體造型。5.2

成型原理及工藝5.2.2成型工藝2.成型過(guò)程5.2成型原理及工藝5.2.2成型工藝132.成型過(guò)程

雙噴頭設(shè)計(jì)，兩個(gè)噴頭分別成型模型實(shí)體材料和支撐材料。5.2

成型原理及工藝5.2.2成型工藝2.成型過(guò)程5.2成型原理及工藝5.2.2成型工藝143.后處理對(duì)原型進(jìn)行表面處理，除了去除支撐外，還包括對(duì)模型的拋光打磨。5.2

成型原理及工藝5.2.2成型工藝機(jī)械處理熱處理表面涂層處理化學(xué)處理3.后處理5.2成型原理及工藝5.2.2成型工藝機(jī)械處15優(yōu)點(diǎn)：5.2

成型原理及工藝5.2.3工藝特點(diǎn)（1）運(yùn)行成本低，操作和維護(hù)簡(jiǎn)單（2）成型材料廣泛（3）環(huán)境友好，安全環(huán)保（4）后處理簡(jiǎn)單（5）易于搬運(yùn)，對(duì)環(huán)境無(wú)限制優(yōu)點(diǎn)：5.2成型原理及工藝5.2.3工藝特點(diǎn)（1）運(yùn)行16缺點(diǎn)：5.2

成型原理及工藝5.2.3工藝特點(diǎn)（1）成型件成型精度較低（2）成型件易發(fā)生層間斷裂現(xiàn)象（3）需要設(shè)計(jì)和制作支撐結(jié)構(gòu)（4）成型時(shí)間較長(zhǎng)，不適合成型大型件缺點(diǎn)：5.2成型原理及工藝5.2.3工藝特點(diǎn)（1）成型175.3

成型系統(tǒng)FDM成型系統(tǒng)主要由機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分組成：機(jī)械系統(tǒng)主要包括框架支撐系統(tǒng)、三軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、噴頭打印系統(tǒng)等；控制系統(tǒng)主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。5.3成型系統(tǒng)FDM成型系統(tǒng)主要由機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部185.3

成型系統(tǒng)（1）運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)主流FDM成型設(shè)備主要采用兩種結(jié)構(gòu)：一是笛卡爾型，又稱XYZ型或Cartesian型；二是并聯(lián)臂型，又稱Delta型或三角洲型。1）笛卡爾型5.3.1

機(jī)械系統(tǒng)5.3成型系統(tǒng)（1）運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)5.3.1機(jī)械系統(tǒng)195.3

成型系統(tǒng)（1）運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)2）并聯(lián)臂型工作原理：

連桿將滑塊與打印機(jī)的噴頭相連接，將滑塊的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為噴頭的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連桿本身的剛度來(lái)完成對(duì)打印噴頭的牽引，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)運(yùn)動(dòng)的控制。5.3.1

機(jī)械系統(tǒng)5.3成型系統(tǒng)（1）運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)5.3.1機(jī)械系統(tǒng)205.3

成型系統(tǒng)（2）擠出機(jī)構(gòu)1）分類根據(jù)塑化方式的不同，分為：5.3.1

機(jī)械系統(tǒng)氣壓式螺桿式柱塞式5.3成型系統(tǒng)（2）擠出機(jī)構(gòu)5.3.1機(jī)械系統(tǒng)氣壓式215.3

成型系統(tǒng)（2）擠出機(jī)構(gòu)

氣壓式粘度低時(shí)，擠出阻力小，材料的擠出速度變快；粘度增高時(shí)，擠出速度變慢，甚至發(fā)生噴嘴堵塞。

隨著材料被擠出，剩余材料逐漸減少，使氣體空腔逐漸增大，氣體的可壓縮性和滯后性會(huì)導(dǎo)致材料在噴嘴的擠出滯后，響應(yīng)速度變慢，同時(shí)一致性也發(fā)生變化。5.3.1

機(jī)械系統(tǒng)5.3成型系統(tǒng)（2）擠出機(jī)構(gòu)5.3.1機(jī)械系統(tǒng)225.3

成型系統(tǒng)（2）擠出機(jī)構(gòu)

螺桿式螺桿式擠出方式對(duì)材料的粘度變化比較敏感，螺桿長(zhǎng)時(shí)間旋轉(zhuǎn)會(huì)使料筒內(nèi)部溫度升高，導(dǎo)致材料粘度降低。在有材料換型需求的作業(yè)中，更換噴頭非常麻煩，螺桿清洗十分困難，維護(hù)成本較高。5.3.1

機(jī)械系統(tǒng)5.3成型系統(tǒng)（2）擠出機(jī)構(gòu)5.3.1機(jī)械系統(tǒng)235.3

成型系統(tǒng)（2）擠出機(jī)構(gòu)

柱塞式相較于氣壓式擠出和螺桿式擠出，柱塞式擠出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便日后維護(hù)與更換，且僅需一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)就可完成擠出功能，成本低廉。5.3.1

機(jī)械系統(tǒng)5.3成型系統(tǒng)（2）擠出機(jī)構(gòu)5.3.1機(jī)械系統(tǒng)245.3

成型系統(tǒng)（2）擠出機(jī)構(gòu)2）驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分析

凹輪式5.3.1

機(jī)械系統(tǒng)普通的金屬光滑剛性輪橡膠輪剛性的摩擦輪5.3成型系統(tǒng)（2）擠出機(jī)構(gòu)5.3.1機(jī)械系統(tǒng)普通的金255.3

成型系統(tǒng)（2）擠出機(jī)構(gòu)2）驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分析V型輪式V型輪式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)就是將驅(qū)動(dòng)輪邊緣制成V型。絲材在V型輪兩邊緣之間，因而絲材兩側(cè)均受到了主動(dòng)輪提供的摩擦力，V型輪進(jìn)而提供了更大的驅(qū)動(dòng)力。5.3.1

機(jī)械系統(tǒng)5.3成型系統(tǒng)（2）擠出機(jī)構(gòu)5.3.1機(jī)械系統(tǒng)265.3

成型系統(tǒng)（2）擠出機(jī)構(gòu)2）驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分析平帶式主動(dòng)輪通過(guò)平帶帶動(dòng)從動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)，二者轉(zhuǎn)速相同。兩條平帶通過(guò)一對(duì)從動(dòng)輪和兩組壓輪壓緊，絲材被兩條平帶夾緊。夾緊的平帶帶動(dòng)絲材實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。5.3.1

機(jī)械系統(tǒng)5.3成型系統(tǒng)（2）擠出機(jī)構(gòu)5.3.1機(jī)械系統(tǒng)275.3

成型系統(tǒng)（2）擠出機(jī)構(gòu)2）驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分析齒輪式齒輪式驅(qū)動(dòng)是將齒輪作為驅(qū)動(dòng)輪。輪齒起到增大摩擦力的作用。驅(qū)動(dòng)輪表面粗糙度增加，從而提高了整體摩擦系數(shù)，提升了驅(qū)動(dòng)摩擦力。同時(shí)，由于表面粗糙度大，提高了絲材的抓取推送能力，有利于進(jìn)絲送絲。5.3.1

機(jī)械系統(tǒng)5.3成型系統(tǒng)（2）擠出機(jī)構(gòu)5.3.1機(jī)械系統(tǒng)285.3

成型系統(tǒng)（2）擠出機(jī)構(gòu)3）驅(qū)動(dòng)輪壓緊機(jī)構(gòu)分析固定間距式固定間距式壓緊裝置的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的位置均處于固定狀態(tài)，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)為主動(dòng)輪提供驅(qū)動(dòng)力，料絲在這兩輪的摩擦力推動(dòng)下實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。5.3.1

機(jī)械系統(tǒng)5.3成型系統(tǒng)（2）擠出機(jī)構(gòu)5.3.1機(jī)械系統(tǒng)295.3

成型系統(tǒng)（2）擠出機(jī)構(gòu)3）驅(qū)動(dòng)輪壓緊機(jī)構(gòu)分析彈簧可調(diào)節(jié)式彈簧可調(diào)節(jié)式將主動(dòng)輪固定，從動(dòng)輪的位置可來(lái)回移動(dòng)，并通過(guò)壓力彈簧擠壓從動(dòng)輪使料絲壓緊在兩輪之間。5.3.1

機(jī)械系統(tǒng)5.3成型系統(tǒng)（2）擠出機(jī)構(gòu)5.3.1機(jī)械系統(tǒng)305.3

成型系統(tǒng)（2）擠出機(jī)構(gòu)3）驅(qū)動(dòng)輪壓緊機(jī)構(gòu)分析自適應(yīng)式自適應(yīng)式將彈簧的位置進(jìn)行了調(diào)整，使得空間得到充分的利用，其結(jié)構(gòu)變得更加緊湊。5.3.1

機(jī)械系統(tǒng)5.3成型系統(tǒng)（2）擠出機(jī)構(gòu)5.3.1機(jī)械系統(tǒng)315.3

成型系統(tǒng)（3）噴頭

理想的噴頭應(yīng)該滿足以下要求：材料能夠在恒溫下連續(xù)穩(wěn)定地?cái)D出；材料擠出具有良好的開關(guān)響應(yīng)特性以保證成型精度；材料擠出速度具有良好的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)響應(yīng)特性；擠出系統(tǒng)的體積和重量需限制在一定的范圍內(nèi)；足夠的擠出能力。5.3.1

機(jī)械系統(tǒng)5.3成型系統(tǒng)（3）噴頭5.3.1機(jī)械系統(tǒng)325.3

成型系統(tǒng)

（1）硬件系統(tǒng)FDM系統(tǒng)硬件主要由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、送絲控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)及機(jī)床開關(guān)量控制系統(tǒng)5部分組成。5.3.2

噴墨系統(tǒng)5.3成型系統(tǒng)（1）硬件系統(tǒng)5.3.2335.3

成型系統(tǒng)

（2）軟件系統(tǒng)軟件運(yùn)行于兩種運(yùn)行環(huán)境：用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)。

快速成型軟件系統(tǒng)分三層結(jié)構(gòu)。5.3.2

噴墨系統(tǒng)5.3成型系統(tǒng)（2）軟件系統(tǒng)5.3.2345.4

成型材料成型材料：

聚合物支撐材料：

剝離性支撐水溶性支撐

材料型號(hào)材料類型使用范圍ABSP400丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物細(xì)絲概念型、測(cè)試型ABSiP500甲基丙烯酸-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物細(xì)絲注射模制造ICW06Wax消失模鑄造蠟絲消失模制造ElastomerE20塑膠絲醫(yī)用模型制造PolysterP1500塑膠絲直接制造塑料注射模具PC聚碳酸酯功能性測(cè)試、如電動(dòng)工具、汽車零件等PPSF聚苯砜航天工業(yè)、汽車工業(yè)以及醫(yī)療產(chǎn)品業(yè)PC/ABS聚碳酸酯和ABS混合材料玩具以及電子產(chǎn)業(yè)FDM系統(tǒng)成型材料支撐材料ProdigyPlusTMABS水溶性FDMVantageTMiABS水溶性PC剝離性FDMVantageTMSABS水溶性PC剝離性FDMVantageTMSEABS水溶性PC剝離性FDMTitanTMABS水溶性PC、PPSF剝離性FDMMaxumTMABS水溶性5.4成型材料成型材料：材料355.4

成型材料5.4.1成型材料1.聚合物的物性分析用聚合物材料的力學(xué)性質(zhì)反映聚合物所處的物理狀態(tài)，通常用熱—機(jī)械特性曲線，又稱為溫度—形變（或模量）曲線來(lái)表示。這種曲線顯示出形變特征與聚合物所處的物理狀態(tài)之間的關(guān)系。5.4成型材料5.4.1成型材料1.聚合物的物性分析365.4

成型材料5.4.1成型材料2.聚合物的熱物理性質(zhì)（1）溫度對(duì)粘度的影響對(duì)于處于粘流溫度以上的聚合物，熱塑性聚合物熔體的粘度隨溫度升高而成指數(shù)的方式降低。（2）壓力對(duì)粘度的影響建立在聚合物熔體在較大壓力作用下有一定的可壓縮性的基礎(chǔ)上。（3）剪切速率對(duì)粘度的影響大多數(shù)聚合物熔體都表現(xiàn)為非牛頓型流動(dòng)，其粘度對(duì)剪切速率有依賴性。5.4成型材料5.4.1成型材料2.聚合物的熱物理性質(zhì)375.4

成型材料5.4.1成型材料3.成型材料的性能要求（1）材料的流動(dòng)性（2）材料的熔融溫度（3）材料的機(jī)械性能（4）材料的收縮率（5）材料的粘結(jié)性（6）材料的制絲要求（7）材料的吸濕性5.4成型材料5.4.1成型材料3.成型材料的性能要求385.4

成型材料5.4.1成型材料4.成型材料的分類（1）ABS材料ABS（AcrylonitrileButadieneStyrene）是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，是一種非結(jié)晶性材料。A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。丙烯腈有高強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性；丁二烯具有堅(jiān)韌性、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、高光潔及高強(qiáng)度。ABS-ESD材料ABSplus材料ABSi材料ABS-M30i材料高分子合金材料ABS/PA5.4成型材料5.4.1成型材料4.成型材料的分類AB395.4

成型材料5.4.1成型材料4.成型材料的分類（2）PLA材料聚乳酸（PolylacticAcid，PLA）又名玉米淀粉樹脂，是一種新型的生物降解材料，使用可再生的植物資源（如玉米）所提取出的淀粉原料制備而成，具有良好的生物可降解性。（3）聚碳酸酯材料聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）是一種20世紀(jì)50年代末期發(fā)展起來(lái)的無(wú)色高透明度的熱塑性工程塑料。5.4成型材料5.4.1成型材料4.成型材料的分類405.4

成型材料5.4.1成型材料4.成型材料的分類（4）聚亞苯基砜材料聚亞苯基砜（Polyphenylsulfone，PPSF/PPSU）材料是所有熱塑性材料里面強(qiáng)度最高、耐熱性最好、抗腐蝕性最高、韌性最強(qiáng)的材料。（5）聚醚酰亞胺材料美國(guó)通用公司當(dāng)年銷售的聚醚酰亞胺商品名為“ULTEM”，ULTEM樹脂是一種無(wú)定形熱塑性聚醚酰亞胺。5.4成型材料5.4.1成型材料4.成型材料的分類415.4

成型材料5.4.1成型材料4.成型材料的分類（6）低熔點(diǎn)合金材料低熔點(diǎn)合金通常指含有Bi、Sn、Pb、In等金屬的二元、三元、四元等合金，低熔點(diǎn)合金又稱“易熔合金”。（7）食用材料食品材料是指烹飪食物前所需要的一些東西。食品材料包含的東西很多，包括巧克力汁、面糊、奶酪、糖、水、酒精等。5.4成型材料5.4.1成型材料4.成型材料的分類425.4

成型材料5.4.2支撐材料為了便于支撐材料的去除，應(yīng)保證：相對(duì)于成型材料各層間，支撐材料和成型材料之間形成相對(duì)較弱的粘結(jié)力。應(yīng)保證支撐各層之間有一定的粘結(jié)強(qiáng)度，以避免脫層現(xiàn)象。5.4成型材料5.4.2支撐材料為了便于支撐材料的去除，435.4

成型材料5.4.2支撐材料支撐材料和成型材料在對(duì)制絲要求、收縮率和吸濕性的要求一樣，其他還需具備以下方面的性能：能承受一定高溫與成型材料不粘結(jié)，便于剝離具有水溶性或者酸溶性流動(dòng)性要好5.4成型材料5.4.2支撐材料支撐材料和成型材料在對(duì)制445.5成型影響因素按照誤差產(chǎn)生的來(lái)源可分為原理性誤差、工藝性誤差和后處理誤差。5.5成型影響因素按照誤差產(chǎn)生的來(lái)源可分為原理性誤差、工藝455.5成型影響因素1.STL文件轉(zhuǎn)換誤差

一般可通過(guò)增加三角形面片的數(shù)量來(lái)提高擬合精度，其幾何誤差常用弦高Ψ來(lái)控制，弦高Ψ指的是近似三角形外輪廓邊與曲面之間的徑向距離。5.5.1原理性誤差5.5成型影響因素一般可通過(guò)增加三角形面片465.5成型影響因素2.切片分層引起的誤差分層切片是指對(duì)三維CAD模型進(jìn)行疊層方向（一般為Z方向）的離散化處理。分層方向誤差假設(shè)分層厚度為t，制件的成型方向尺寸為H當(dāng)H為t的整數(shù)倍時(shí)當(dāng)H不是t的整數(shù)倍時(shí)5.5.1原理性誤差5.5成型影響因素2.切片分層引起的誤差分層切片是指對(duì)三維475.5成型影響因素2.切片分層引起的誤差臺(tái)階效應(yīng)誤差臺(tái)階效應(yīng)誤差是指原型件在逐層堆積過(guò)程中，其零件表面出現(xiàn)了一系列的階梯，造成了實(shí)際成型件的尺寸與設(shè)計(jì)模型的尺寸產(chǎn)生誤差。5.5.1原理性誤差5.5成型影響因素2.切片分層引起的誤差臺(tái)階效應(yīng)誤差5.5485.5成型影響因素3.成型系統(tǒng)引起的誤差成型系統(tǒng)引起的誤差是指快速成型設(shè)備機(jī)械系統(tǒng)的誤差。工作臺(tái)誤差工作臺(tái)誤差主要包括Z方向的運(yùn)動(dòng)誤差和X-Y平面的誤差。X-Y軸與導(dǎo)軌的垂直度誤差定位誤差5.5.1原理性誤差5.5成型影響因素3.成型系統(tǒng)引起的誤差成型系統(tǒng)引起的誤差495.5成型影響因素1.材料收縮引起的誤差（1）熱收縮熱收縮是材料因其固有的熱膨脹率而產(chǎn)生的體積變化。熱收縮會(huì)使零件的外輪廓向內(nèi)偏移、內(nèi)輪廓向外偏移。5.5.2工藝性誤差5.5成型影響因素1.材料收縮引起的誤差（1）熱收縮5.5505.5成型影響因素1.材料收縮引起的誤差（2）分子取向收縮分子取向收縮是由高分子材料取向引起的固有的收縮。沿填充方向和成型方向上成型材料的收縮率分別為：5.5.2工藝性誤差5.5成型影響因素1.材料收縮引起的誤差（2）分子取向收縮515.5成型影響因素2.成型工藝參數(shù)引起的誤差（1）擠絲寬度引起的誤差熔融態(tài)絲材從噴嘴擠出時(shí)具有一定的寬度，導(dǎo)致填充零件輪廓路徑時(shí)的實(shí)際輪廓線部分超出理想輪廓線。5.5.2工藝性誤差5.5成型影響因素2.成型工藝參數(shù)引起的誤差（1）擠絲寬度525.5成型影響因素2.成型工藝參數(shù)引起的誤差等體積法當(dāng)擠出速度較小時(shí)，擠出絲的截面形狀可以簡(jiǎn)化成矩形區(qū)域Ⅲ：5.5.2工藝性誤差當(dāng)擠出速度較大時(shí)，擠出絲的截面形狀為曲線區(qū)域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的總面積：5.5成型影響因素2.成型工藝參數(shù)引起的誤差等體積法5.5535.5成型影響因素2.成型工藝參數(shù)引起的誤差等體積法當(dāng)擠出速度較小時(shí)，擠出絲的截面形狀可以簡(jiǎn)化成矩形區(qū)域Ⅲ：5.5.2工藝性誤差當(dāng)擠出速度較大時(shí)，擠出絲的截面形狀為曲線區(qū)域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的總面積：5.5成型影響因素2.成型工藝參數(shù)引起的誤差等體積法5.5545.5成型影響因素2.成型工藝參數(shù)引起的誤差（2）擠出速度與填充速度的交互影響擠出速度是指絲料擠出的速度，填充速度是指噴頭系統(tǒng)的坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)速度。5.5.2工藝性誤差絲材在擠出后隨噴頭運(yùn)動(dòng)時(shí)被拉成細(xì)絲線，甚至出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，不能形成完整的絲，在成型件表面出現(xiàn)空缺。能正常出絲，為適用的成型速度范圍。絲寬逐漸增加，出現(xiàn)絲材堆積，成型件邊緣出現(xiàn)嚴(yán)重變形，多余的材料粘附在噴嘴上，由于噴嘴的高溫引起“碳化”，影響進(jìn)一步加工。5.5成型影響因素2.成型工藝參數(shù)引起的誤差（2）擠出速度555.5成型影響因素2.成型工藝參數(shù)引起的誤差（3）成型溫度的影響噴頭溫度噴頭溫度會(huì)影響材料的粘結(jié)性能、沉積性能、流動(dòng)性能和擠出絲寬等。成型室溫度成型室溫度或熱床溫度對(duì)成型過(guò)程中材料的內(nèi)應(yīng)力有大的影響。5.5.2工藝性誤差5.5成型影響因素2.成型工藝參數(shù)引起的誤差（3）成型溫度565.5成型影響因素2.成型工藝參數(shù)引起的誤差（4）填充形式的影響單向填充一般沿著一個(gè)方向（X方向或Y方向）進(jìn)行填充。該填充方式數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單，但掃描短線較多，產(chǎn)生的延遲時(shí)間誤差較大。5.5.2工藝性誤差5.5成型影響因素2.成型工藝參數(shù)引起的誤差（4）填充形式575.5成型影響因素2.成型工藝參數(shù)引起的誤差（4）填充形式的影響多向填充是指根據(jù)模型截面輪廓的形狀，自動(dòng)選擇沿長(zhǎng)邊的方向填充。這種填充方式可以有效減小單向填充所造成的誤差和改善成型件的機(jī)械性能。5.5.2工藝性誤差5.5成型影響因素2.成型工藝參數(shù)引起的誤差（4）填充形式585.5成型影響因素2.成型工藝參數(shù)引起的誤差（4）填充形式的影響螺旋填充螺旋填充一般是從成型件中心向四周擴(kuò)展。提高成型件成型過(guò)程中的熱傳遞速度及成型件的機(jī)械性能，且掃描線較長(zhǎng)，減小延遲時(shí)間誤差，但輪廓信息丟失嚴(yán)重，精度較低。5.5.2工藝性誤差5.5成型影響因素2.成型工藝參數(shù)引起的誤差（4）填充形式595.5成型影響因素2.成型工藝參數(shù)引起的誤差（4）填充形式的影響偏置填充偏置填充是指按輪廓形狀由外向內(nèi)逐層的偏置進(jìn)行掃描?？梢允箳呙杈€盡量長(zhǎng)，從而減小延遲時(shí)間誤差，但由于必須重復(fù)進(jìn)行偏置環(huán)的計(jì)算，導(dǎo)致計(jì)算量較大，填充路徑較復(fù)雜。5.5.2工藝性誤差5.5成型影響因素2.成型工藝參數(shù)引起的誤差（4）填充形式605.5成型影響因素2.成型工藝參數(shù)引起的誤差（4）填充形式的影響偏置填充復(fù)合填充是指內(nèi)部區(qū)域采用偏置填充，其他區(qū)域采用線性填充。這樣可以在保證成型件表面精度的前提下，有效簡(jiǎn)化填充過(guò)程，提高成型效率。5.5.2工藝性誤差5.5成型影響因素2.成型工藝參數(shù)引起的誤差（4）填充形式615.5成型影響因素3.延遲時(shí)間誤差延遲時(shí)間是指由于送絲機(jī)構(gòu)的機(jī)械滯后及材料的粘性滯后等原因?qū)е碌臅r(shí)間延遲，包括出絲延遲時(shí)間和斷絲延遲時(shí)間。5.5.2工藝性誤差5.5成型影響因素3.延遲時(shí)間誤差延遲時(shí)間是指由于送絲機(jī)構(gòu)625.5成型影響因素支撐材料的去除外界環(huán)境造成的誤差成型件從成型系統(tǒng)取出后，由于周圍環(huán)境溫度、濕度等的變化，成型件會(huì)繼續(xù)變形，造成誤差。同時(shí)，由于在成型過(guò)程中成型件內(nèi)部留有殘余應(yīng)力，也會(huì)使成型件在后續(xù)過(guò)程中發(fā)生變形。修補(bǔ)、打磨等造成的誤差5.5.3后處理誤差5.5成型影響因