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什么是FDM 3D打印技術?

2023-11-21 15:50:20

FDM 打印是什么意思?

FDM是“熔融沉積建模”(Fused Deposition Modeling)的縮寫,同樣亦被稱作FFF,即“熔融燈絲制造”(Fused Filament Fabrication)。這種技術屬于3D打印增材制造工藝中的材料擠出類別。在FDM打印中,通過在預定的路徑中逐層選擇性地沉積熔化的材料來構建對象。所用的材料是熱塑性聚合物,呈長絲狀。

FDM 3D打印技術原理(打印過程)

第一步:熱塑性材料絲首先裝入打印機。一旦噴嘴達到所需溫度,絲材將被送入擠出頭和噴嘴中熔化。

第二步:擠壓頭連接到一個3軸系統,允許它在X、Y和Z方向上移動。熔化的材料被擠壓成細絲,并在預定的位置一層一層沉積,冷卻和凝固。必要時,需通過使用連接在擠壓頭上的冷卻風扇來加速材料的冷卻固化。

第三步:填充一個區域,需要多次往復運動打印。當單層完成后,構建平臺向下移動(或者在其他設備中,擠壓頭向上移動),開始沉積新的一層。重復此過程直到零件完成。

FDM-3D打印技術原理

FDM技術打印原理示意圖

FDM 3D打印的優缺點

優點:

1.FDM是生產定制熱塑性零件和原型的最具成本效益的方法。

2.由于技術的高可用性,FDM的交貨周期短。

3.有多種熱塑性材料可供選擇,既適用于原型制作,也適用于一些非商業功能性應用。

不足:

1.與其他3D打印技術相比,FDM的尺寸精度和分辨率最低,因此不適用于具有復雜細節的零件。

2.FDM零件可能具有可見的層線,因此需要進行后處理以獲得平滑的表面。

3.層間粘附機制使得FDM零件具有固有的各向異性。

FDM打印參數

大多數 FDM 系統允許調整多個過程參數,包括噴嘴和構建平臺的溫度、構建速度、層高和冷卻風扇的速度。但從設計師的角度來看,重要的是構建大小和層高度. 

一般設備的構建尺寸如下:

桌面級3D打印機: 200 x 200 x 200 mm   精度:±0.5%(最低±0.5mm) 

工業級3D打印機: 1000 x 1000 x 1000 mm   精度:±0.15(最低±0.2mm)

單層打印高度在50 - 400 um之間。較小的層高度可產生更光滑的部件,更準確地捕獲彎曲的幾何形狀,而較大的高度可更快、成本更低地生成部件。一般情況下,最常用的層高是200微米。

支撐結構與橋連

1.橋連

加熱后的材料呈現半熔融態,該狀態下的材料可以在兩個點之間短距離拉伸。橋連允許材料在沒有支撐和允許最小下垂的情況下打印。但如果橋連的距離超過5mm,通常需要支撐才能提供準確的打印處理。此外,在某些外延懸臂的打印時,如果其懸臂角度在一定范圍內,也可以無支撐打印。

橋連打印

2.支撐

FDM 打印方法采用兩種類型的支撐:

第一種,扁平手風琴或格子形狀,該形狀是最常見的,也是最適合大多數FDM打印。 

第二種,“樹狀”支撐,該類型支撐被廣泛應用與現在的大多數FDM設備上。“樹狀”支撐可以保證支撐與打印表面的接觸較少,可以獲得更好的表面后處理效果。

支撐在FDM打印中是必不可少的,但其也存在一些問題,例如需要后處理,圖層不夠完美,增加打印成本等。

3D打印支撐類型

填充密度與殼厚度

FDM-3D打印的密度和殼厚度

FDM 部件通常不打印實心,以減少打印時間和節省材料。取而代之的是,根據物體的外周長打印一個殼體,然后在內部填充一個低密度結構(稱為“填充物”)。

填充密度和殼厚度極大地影響了一個部分的強度。對于桌面式 FDM 3D打印機,默認設置為25%填充密度和1 mm外殼厚度,這是快速打印強度和速度之間的良好方案。


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