创想智造3D打印手板模型加工

标题: 3、FDM 熔融层积成型3D打印技术详细介绍 [打印本页]

作者: 苗苗 时间: 2016-11-11 17:38
标题: 3、FDM 熔融层积成型3D打印技术详细介绍
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）

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（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

作者: 苗苗 时间: 2016-11-11 17:39
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。

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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。

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作者: 苗苗 时间: 2016-11-11 17:41
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。

作者: 苗苗 时间: 2016-11-14 10:08
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

作者: 苗苗 时间: 2016-11-14 10:35
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：

[video]15471[/video]

作者: 苗苗 时间: 2016-11-16 11:47
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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作者: 苗苗 时间: 2016-11-16 11:48
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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