创新创业教育子库 创新创业教育子库 2.4.1-2：FDM技术简介（知识页）.docx

《创新创业教育子库》 知识页 2.4.1-2 FDM技术简介 PAGE PAGE 4 2.4.1-2 FDM技术简介 【学习目标】 能够根据产品参数选择FDM工艺 掌握3D打印概念 掌握FDM原理 【教内学容】 1.3D打印技术的基本原理 3D打印技术（3D Printing，3DP）属于快速成型技术，也称增材制造（Additive manufacturing，AM）是对零件的三维CAD 实体模型，按照一定的厚度进行分层切片处理，生成二维的截面信息，然后根据每一层的截面信息，利用激光束、电子束、热熔喷嘴等方式将粉末、热塑性材料等特殊材料进行逐层堆积粘结，最终叠加成型。这一过程反复进行，各截面层层叠加，最终形成三维实体。分层的厚度可以相等，也可以不等。分层越薄，生成的零件精度越高，采用不等厚度分层的目的在于加快成型速度，成型过程流程图如图2.4.1-2-1所示。 图2.4.1-2-1 SLA工作原理图 2.3D打印技术的应用 3D打印技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、 地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。 （1）建筑设计 图2.4.1-2-2 建筑设计应用 （2）医疗行业 图2.4.1-2-3 医疗行业应用 （3）产品原型 图2.4.1-2-4 产品原型应用 （4）汽车制造业 图2.4.1-2-5 汽车制造业应用 （5）配件、饰品 图2.4.1-2-6 配件、饰品应用 3.FDM工艺原理 熔融挤压（Fused Deposition Modeling，FDM）， 是将丝状原料通过送丝部件送入热熔喷头，然后在喷头内被加热融化，在电脑控制下喷头沿着零件截面轮廓和填充轨迹运动，将半流动状态的材料送到指定位置并最终凝固，同时与周围材料粘结，选择性的逐层熔化与覆盖，最终形成成品如图2.4.1-2-7所示。 图2.4.1-2-7工作原理图 4.FDM技术打印材料 材料是3D打印技术的关键所在，对于FDM来说也不例外，FDM系统的材料主要包括成型材料和支撑材料，成型材料主要为热塑性材料如图2.4.1-2-8所示，包括ABS、PLA、人造橡胶、石蜡等；支撑材料目前主要为水溶性材料。FDM采用热塑成型的方法，丝材要经受“固态－液态－固态”的转变，对材料的特性、成型温度、成型收缩率等有着特定的要求。线材线径：常规1.75mm和３mm。 图2.4.1-2-8 FDM打印线材 （1）成型材料 成型材料是利用FDM技术实现3D打印的载体，对其粘度、熔融温度、粘结性、收缩率等方面均有较高要求，具体如下表2.4.1-2-1。 性能 具体要求 原因 粘度 低 材料的粘度低、流动性好，阻力就小，有助于材料顺利挤出。材料的流动性差，需要很大的送丝压力才能挤出，会增加喷头的启停响应时间，从而影响成型精度。 熔融温度 低 熔融温度低可以使材料在较低温度下挤出，有利于提高喷头和整个机械系统的寿命。可以减少材料在挤出前后的温差，减少热应力，从而提高原型的精度。 粘结性 高 FDM工艺是基于分层制造的一种工艺，层与层之间往往是零件强度最薄弱的地方，粘结性好坏决定了零件成型以后的强度。粘结性过低，有时在成型过程中因热应力会造成层与层之间的开裂。 收缩率 小 由于挤出时，喷头内部需要保持一定的压力才能将材料顺利挤出，挤出后材料丝一般会发生一定程度的膨胀。如果材料收缩率对压力比较敏感，会造成喷头挤出的材料丝直径与喷嘴的名义直径相差太大，影响材料的成型精度。FDM成型材料的收缩率对温度不能太敏感，否则会产生零件翘曲、开裂。 表2.4.1-2-1FDM技术对成型材料的要求 （2）支撑材料 支撑材料，顾名思义是在3D打印过程中对成型材料起到支撑作用的部分，在打印完成后，支撑材料需要进行剥离，因此也要求其具有一定的性能，目前采用的支撑材料一般为水溶性材料，即在水中能够溶解，方便剥离。具体特性要求如下表2.4.1-2-2。 性能 具体要求 原因 耐温性 耐高温 由于支撑材料要与成型材料在支撑面上接触，所以支撑材料必须能够承受成型材料的高温，在此温度下不产生分解与融化 与成型材料的亲和性 与成型材料不浸润 支撑材料是加工中采取的辅助手段，在加工完毕后必须去除，所以支撑材料与成型材料的亲和性不应太好。 溶解性 具有水溶性或者酸溶性 对于具有很复杂的内腔、孔等原型，为了便于后处理，可通过支撑材料在某种液体里溶解而去支撑。由于现在FDM使用的成型材料一般是ABS工程塑料，该材料一般可以溶解在有机溶剂中，所以不能使用有机溶剂，目前已开发出水溶性支撑材料。 熔融温度 低 具有较低的熔融温度可以使材料在较低的温度挤出，提高喷头的使用寿命。 流动性 高 由于支撑材料的成型精度要求不高，为了提高机器的