熔融沉積工藝原理授課教師：陳金英3D打印機(jī)組裝與調(diào)試熔融沉積工藝原理雙噴頭熔融沉積制造工藝的基本原理熔融沉積成型工藝的特點(diǎn)熔融沉積快速成型的材料01020304成型材料的特性指標(biāo)053D打印基本流程0607思考題3D打印機(jī)組裝與調(diào)試熔融沉積工藝原理熔融沉積快速成型是繼光固化快速成型和疊層實(shí)體快速成型工藝后的另一種應(yīng)用比較廣泛的快速成型工藝方法，以美國Stratasys公司開發(fā)的FDM制造系統(tǒng)的應(yīng)用最為廣泛。熔融沉積是將絲狀的熱熔性材料加熱熔化，通過一個(gè)微細(xì)噴嘴的噴頭擠噴出來。如果熱熔性材料的溫度始終稍高于固化溫度，而成型部分的溫度稍低于固化溫度，就能保證熱熔性材料擠噴出噴嘴后，隨即與前一層面熔結(jié)在一起。一個(gè)層面沉積完成后，工作臺(tái)按預(yù)定的增量下降一個(gè)層的厚度，再繼續(xù)熔噴沉積，直至完成整個(gè)實(shí)體造型。將實(shí)芯材料纏繞在供料輥上，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)輥?zhàn)有D(zhuǎn)，輥?zhàn)雍徒z材之間的摩擦力使絲材向噴頭的出口送進(jìn)。通過導(dǎo)向套使材料能順利、準(zhǔn)確地由供料輥送到噴頭的內(nèi)腔。噴頭的前端有電阻絲式加熱器，加熱熔融材料，通過出口涂覆至工作臺(tái)上，并冷卻后形成制件。雙噴頭熔融沉積制造工藝的基本原理熔融沉積快速成型工藝在原型制作時(shí)需要同時(shí)制作支撐，為節(jié)省材料成本和提高沉積效率，新型FDM設(shè)備采用了雙噴頭。一個(gè)噴頭用于沉積模型材料，一個(gè)噴頭用于沉積支撐材料。沉積過程中具有較高的沉積效率和降低模型制作成本靈活地選擇具有特殊性能的支撐材料便于后處理過程中去除支撐材料，如水溶材料、低于模型材料熔點(diǎn)的熱熔材料等雙噴頭的優(yōu)點(diǎn)雙色雙噴頭3D打印機(jī)熔融沉積成型工藝的特點(diǎn)1熔融沉積成型工藝的優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)構(gòu)造和原理簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低（無激光器；）原材料無毒，適宜在辦公環(huán)境安裝使用；用蠟成形的零件原型，可以直接用于失蠟鑄造；可以成型任意復(fù)雜程度的零件；無化學(xué)變化，制件的翹曲變形?。辉牧侠寐矢?，且材料壽命長；支撐去除簡(jiǎn)單，無需化學(xué)清洗，分離容易；可直接制作彩色原型。2熔融沉積成型工藝的缺點(diǎn)成型件表面有較明顯條紋；

沿成型軸垂直方向的強(qiáng)度比較弱；需要設(shè)計(jì)與制作支撐結(jié)構(gòu)；

原材料價(jià)格昂貴；需要對(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描涂覆，成形時(shí)間較長。熔融沉積快速成型的材料成型材料支撐材料熔融沉積工藝使用的材料分為兩部分01熔融沉積快速成型工藝對(duì)原型材料的要求材料的粘度材料的粘度低、流動(dòng)性好，阻力就小，有助于材料順利擠出。材料的流動(dòng)性差，需要很大的送絲壓力才能擠出，會(huì)增加噴頭的啟停響應(yīng)時(shí)間，從而影響成型精度。材料熔融溫度熔融溫度低可以使材料在較低溫度下擠出，有利于提高噴頭和整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的壽命?？梢詼p少材料在擠出前后的溫差，減少熱應(yīng)力，從而提高原型的精度。熔融沉積快速成型的材料材料的收縮率由于擠出時(shí)，噴頭內(nèi)部需要保持一定的壓力才能將材料順利擠出，擠出材料絲一般會(huì)發(fā)生一定程度的膨脹。如果材料收縮率對(duì)壓力比較敏感，會(huì)造成噴頭擠出的材料絲直徑與噴嘴的名義直徑相差太大，影響材料的成型精度。FDM成型材料的收縮率對(duì)溫度不能太敏感，否則會(huì)產(chǎn)生零件翹曲、開裂。由以上材料特性對(duì)FDM工藝實(shí)施的影響來看，F(xiàn)DM工藝對(duì)成型材料的要求是熔融溫度低、粘度低、粘結(jié)性好、收縮率小。材料的粘結(jié)型FDM工藝是基于分層制造的一種工藝，層與層之間往往是零件強(qiáng)度最薄弱的地方，粘結(jié)性的好壞，決定了零件成型以后的強(qiáng)度。粘結(jié)性過低，有時(shí)在成型過程中因熱應(yīng)力會(huì)造成層與層之間的開裂。熔融沉積快速成型的材料02熔融沉積快速成型工藝對(duì)支撐材料的要求能承受一定高溫度由于支撐材料要與成型材料在支撐面上接觸，所以支撐材料必須能夠承受成型材料的高溫，在此溫度下不產(chǎn)生分解與融化。與成型材料不浸潤支撐材料是加工中采取的輔助手段，在加工完畢后必須去除，所以支撐材料與成型材料的親和性不應(yīng)太好。具有水溶性或者酸溶性對(duì)于具有很復(fù)雜的內(nèi)腔、孔等原型，為了便于后處理，可通過支撐材料在某種液體里溶解而去支撐。由于現(xiàn)在FDM使用的成型材料一般是ABS工程塑料，該材料可以溶解在有機(jī)溶劑中，所以不能使用有機(jī)溶劑。目前已開發(fā)出水溶性支撐材料。熔融沉積快速成型的材料具有較低的熔融溫度具有較低的熔融溫度可以使材料在較低的溫度擠出，提高噴頭的使用壽命。流動(dòng)性要好由于支撐材料的成型精度要求不高，為了提高機(jī)器的打印速度，要求支撐材料具有很好的流動(dòng)性，相對(duì)而言，對(duì)于粘性可以差一些。所以，F(xiàn)DM工藝對(duì)支撐材料的要求是能夠承受一定的高溫、與成型材料不浸潤、具有水溶性或者酸溶性、具有較低的熔融溫度、流動(dòng)性要好等。材

料適用的設(shè)備系統(tǒng)可供選擇的顏色備

注ABS丙稀腈丁二烯苯乙烯FDM1650FDM2000FDM8000FDMQuantum白黑紅綠藍(lán)耐用的無毒塑料ABSi醫(yī)學(xué)專用ABSFDM1650FDM2000黑白被食品及藥物管理局認(rèn)可的、耐用的且無毒的塑料E20FDM1650FDM2000所有顏色人造橡膠材料，與封鉛、軸襯、水龍帶和軟管等使用的材料相似ICW06熔模鑄造用蠟FDM1650FDM2000N/AN/A可機(jī)加工蠟FDM1650FDM2000N/AN/A造型材料GenisysModelerN/A高強(qiáng)度聚酯化合物，多為磁帶式而不是卷繞式成型材料的特性指標(biāo)FDM工藝成型材料的基本信息材

料抗拉強(qiáng)度/MPa彎曲強(qiáng)度/MPa沖擊韌性/(J/m2)延伸率/%肖氏硬度/D玻璃化溫度/℃ABS22411076105104ABSi3761101.43.1108116ABSplus3652964ABS-3036611396109.5108PC-ABS34.8501234.3110125PC529753.393115161PC-ISO528253.395161PPSF5511058.73386230E206.45.534796ICW063.54.31713GenisysModelingMaterial19.326.93262成型材料的特性指標(biāo)FDM工藝成型材料的特性指標(biāo)3D打印基本流程以FDM工藝為例----簡(jiǎn)述3D打印流程生成數(shù)字模型是3D打印過程的第一步。生成數(shù)字模型的最常見方法是利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件(CAD)。有大量免費(fèi)的建模設(shè)計(jì)軟件與3D打印是兼容的，如Proe、UG、SolidWorks等。逆向工程也可以通過3D掃描生成數(shù)字模型。01建模軟件與傳統(tǒng)制造方法不同，3D打印過程中的關(guān)鍵階段是要求將數(shù)字模型文件轉(zhuǎn)換為STL(立體光刻)文件。STL使用三角形(多邊形)來描述對(duì)象的立體參數(shù)信息，生成STL文件后，將文件導(dǎo)入到切片軟件中進(jìn)行處理，常用的切片軟件，Cura等。切片軟件需要設(shè)置一些參數(shù)，包括切片厚度、打印速度和壁厚等，其中設(shè)置的層厚大小主要由打印機(jī)的打印精度決定。切片厚度越薄，則打印精度越高，同時(shí)層數(shù)越多，打印耗時(shí)也越長。02STL文件轉(zhuǎn)換和操作3D打印基本流程在這個(gè)階段，打印材料被加載到3D打印機(jī)中。開始打印后，無需監(jiān)視3D打印機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。3D打印機(jī)將遵循自動(dòng)化流程，通常僅在機(jī)器用完材料或軟件出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)才會(huì)出現(xiàn)報(bào)警。033D打印某些3D打印技術(shù)需要去除模型支撐，是一項(xiàng)特定的工作流程，涉及到打印模型對(duì)象的精確性。對(duì)于支撐的使用是有一定技巧的，需要使用者熟悉切片軟件的參數(shù)及模型的放置方向。如果使用雙噴頭獨(dú)立加熱的3D打印機(jī)，可以選擇水溶性支撐材料，制作完模型后去除支撐就相對(duì)容易的多。04去除支撐使用不同的3D打印技術(shù)，其后處理也不同。FDM技術(shù)制作的零件可以直接手動(dòng)處理。SLA技術(shù)要求在模型處理之前，在紫外線下固化，金屬零件需要在烤箱中消除應(yīng)力。多數(shù)3D打印模型都需要打磨，采用一定的后處理技術(shù)，如高壓空氣清潔，拋光和著色等