3、FDM 熔融层积成型3D打印技术详细介绍

发表于 2016-11-11 17:38:42 显示全部楼层 6 3163

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FDM熔融层积成型技术概述:

自从美国发明快速原型技术(Rapid Prototype),并于1988年推出第一个商用的系统以来,各国工业界尤其是汽车行业为了保持在世界市场的竞争优势,对此崭新技术无不趋之若鹜。事实上,快速原型技术在全世界的应用得以飞速发展,其重要的原因就是在产品开发过程中节省大量时间及开发费用,从而使产品能在很短的时间抢占市场。

快速原型的基本原理是叠层制造。快速原型机在X-Y平面内通过扫描形式形成制件的截面形状,而在Z座标间断地作层面厚度的位移,最终形成三维制件。目前市场上的快速原型机在成型技术上可分为FDM(Fused Deposition Modeling熔融层积成型)、LOM(Laminated Object Manufacturing叠层制造)、SLA(Stereo-Lithography立体平版印刷)、及SLS(Selective Laser Sintering选区激光烧结)。

FDM熔融层积成型技术已由美国Stratasys公司在世界发达国家注册了专利。其基本原理为FDM INSIGHT软件自动将3D数模(由CATIA或UG、PRO-E等三维设计软件得到)分层,自动生成每层的模型成型路径和必要的支撑路径。材料的供给分为模型材料卷和支撑材料卷。相应的热融头也分为模型材料喷头和支撑材料喷头。热融头会把ABS材料加热至220°C成熔融状态喷出,由于成型室保持70°C,该温度下熔融的ABS材料既可以有一定的流动性又能保证很好的精度。一层成型完成后,机器工作台下降一个高度(即分层厚度)再成型下一层。如此直到工件完成。(此过程类似于数学中微积分原理)
图片1.jpg
(FDM热融头原理图)


目录
FDM熔融层积成型技术原理
FDM熔融层积成型技术特点
FDM 熔融层积成型技术优缺点
FDM 熔融层积成型材料
FDM 熔融层积成型知名3D打印机品牌
FDM 熔融层积成型技术应用及经典案例分享
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 楼主| 发表于 2016-11-11 17:39:51 | 显示全部楼层
FDM熔融层积成型技术原理:

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。

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。

QQ截图20161116111654.jpg

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。
QQ截图20161116111815.jpg
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 楼主| 发表于 2016-11-11 17:41:32 | 显示全部楼层
FDM熔融层积成型技术特点:

该技术污染小,材料可以回收,用于中、小型工件的成形。
成形材料:固体丝状工程塑料;
制件性能:相当于工程塑料或蜡模;
主要用途:塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。

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 楼主| 发表于 2016-11-14 10:08:47 | 显示全部楼层
FDM 熔融层积成型技术优缺点:

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。

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
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 楼主| 发表于 2016-11-14 10:35:05 | 显示全部楼层
FDM 熔融层积成型材料:

热塑性材料,如ABS、PC、PLA等,以丝状供料;特种石蜡材料也在该技术中得到广泛应用。

Stratasys FDM 3D打印材料视频:



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 楼主| 发表于 2016-11-16 11:47:48 | 显示全部楼层
FDM 熔融层积成型知名3D打印机品牌:

FDM打印机消费级:

国内:太尔时代 、  浙江闪铸 、 西通 、等等。

国外 :美国Makerbot 、Reprap等等。

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FDM打印机工业级:美国 Stratasys 、等等  。
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 楼主| 发表于 2016-11-16 11:48:41 | 显示全部楼层
FDM 熔融层积成型技术应用及经典案例分享:

FDM应用领域包括概念建模、功能性原型制作、制造加工、最终用途零件制造、修整等方面,涉及汽车、医疗、建筑、娱乐、电子等领域,随着技术的进步,FDM的应用还在不断拓展。

丰田公司利用FDM技术制作母模

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丰田公司采用FDM工艺制作右侧镜支架和四个门把手的母模,通过快速模具技术制作产品而取代传统的CNC制模方式,使得2000 Avalon车型的制造成本显著降低,右侧镜支架模具成本降低20万美元,四个门把手模具成本降低30万美元。FDM工艺已经为丰田公司在轿车制造方面节省了200万美元。

美国Mizunos公司利用FDM技术制造新产品母模

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Mizuno是世界上最大的综合性体育用品制造公司,公司计划开发一套新的高尔夫球杆,通常需要13个月的时间。FDM的应用大大缩短了这个过程,设计出的新高尔夫球头用FDM制作后,可以迅速地得到反馈意见并进行修改,大大加快了造型阶段的设计验证,一旦设计定型,FDM最后制造出的ABS原型就可以作为加工基准在CNC机床上进行钢制母模的加工。新的高尔夫球杆整个开发周期在7个月内就全部完成,缩短了40%的时间。目前,FDM快速原型技术已成为Mizuno美国公司在产品开发过程中起决定性作用的组成部分。

FDM技术在福特汽车公司中的应用

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福特车门衬板


福特公司常年需要部件的衬板,当部件从一厂到另一厂的运输过程中,衬板用于支撑、缓冲和防护。衬板的前表面根据部件的几何形状而改变。福特公司一年间要采用一系列的衬板,一般地,每种衬板改型要花费成千万美元和12周时间制作必需的模具。新衬板的注塑消失模被联合公司选作生产部后,部件的蜡靠模采用FDM制作,制作周期仅3天。其间,必须小心的检验蜡靠模的尺寸,测出模具收缩趋向。紧接着从铸造石蜡模翻出A2钢模,该处理过程将花费一周时间。模具接着车削外表面,划上修改线和水平线以便机械加工。该模具在模具后部设计成中空区,以减少用钢量,中空区填入化学粘结瓷。仅花5周时间和一半的原来成本,而且制作的模具至少可生产3万套衬板。采用FDM工艺后,福特汽车公司大大缩短了运输部件衬板的制作周期,并显著降低了制作成本。
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