3D打印應(yīng)用技術(shù)與創(chuàng)新 第2版 課件 項(xiàng)目六 熔融沉積制造工藝(FDM)

項(xiàng)目六熔融沉積制造工藝(FDM)

文創(chuàng)作品是熔融沉積成型工藝的重要應(yīng)用之一，包括品牌標(biāo)志、品牌吉祥物、動(dòng)漫角色等。文創(chuàng)產(chǎn)品承載著中國傳統(tǒng)美學(xué)、情感體驗(yàn)等文化，而制作3D打印文創(chuàng)作品不僅要有專業(yè)的技術(shù)技能，還要有自覺傳承、傳播與發(fā)展中國傳統(tǒng)文化、紅色文化、社會(huì)主義核心價(jià)值觀的責(zé)任感和使命感。要立足時(shí)代，加強(qiáng)新材料、新工藝研究，具有較強(qiáng)的以3D打印技術(shù)技能服務(wù)中華民族復(fù)興、實(shí)現(xiàn)中國夢(mèng)的理想信念。翻轉(zhuǎn)課堂的起源翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)課堂的對(duì)比熔融沉積成型工藝原理熔融沉積成型工藝特點(diǎn)6.16.26.36.46.5

熔融沉積是采用絲狀材料作為加工物質(zhì)，成型設(shè)備主要由送絲構(gòu)、噴嘴、工作臺(tái)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及控制系統(tǒng)組成。噴頭裝置在計(jì)算機(jī)的控制下做X、Y方向的平面運(yùn)動(dòng)，而工作臺(tái)做Z方向的運(yùn)動(dòng)。絲狀熱塑性材料由供絲機(jī)構(gòu)送至噴頭，并在噴頭中加熱至熔融態(tài)，然后被選擇性地涂覆在工作臺(tái)上，快速冷卻后形成加工工件截面輪廓。當(dāng)一層成形完成后，工作臺(tái)下降一截面層的高度，噴頭再進(jìn)行下一層的涂覆，如此循環(huán)，最終形成三維實(shí)體。6.1熔融沉積成型工藝原理一、熔融沉積成型原理6.1熔融沉積成型工藝原理

通過控制FDM噴頭加熱器，直接將材料加熱熔化，采用一對(duì)夾持輪將絲材插入加熱腔入口，電機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)將絲材送往噴頭內(nèi)，已熔融的物料包裹在料絲外，從而把熔融態(tài)的材料從噴嘴中擠出。6.1熔融沉積成型工藝原理二、熔融沉積成型擠出過程

柱塞式擠出方式即通過兩個(gè)摩擦輪將料絲夾緊，然后依靠摩擦輪運(yùn)動(dòng)將料絲送入加熱器內(nèi)，使固態(tài)料絲加熱到熔融態(tài)，再靠絲料的活塞推進(jìn)作用將熔融態(tài)絲料由噴嘴擠出，完成絲料的堆積成型。6.1熔融沉積成型工藝原理三、熔融沉積成型出絲系統(tǒng)1.柱塞式擠出方式螺桿式擠出方式是通過一個(gè)驅(qū)動(dòng)螺桿協(xié)同同步齒形帶傳動(dòng)與送料箱，將料絲送入成型頭內(nèi)，再通過加熱棒將料絲加熱到熔融態(tài)，并在螺桿的運(yùn)動(dòng)下將熔融態(tài)料絲從噴嘴中擠出，最后完成料絲的堆積成型。6.1熔融沉積成型工藝原理2.螺桿式擠出方式6.1熔融沉積成型工藝原理3.絲料的送絲方式6.2熔融沉積成型工藝特點(diǎn)一、熔融沉積成型工藝的優(yōu)點(diǎn)：1.成本低。2.原材料的利用率高。3.設(shè)備、材料體積較小，原材料以材料卷的形式提供，易于搬運(yùn)和快速更換。4.成型材料范圍較廣。5.原材料在成型過程中無化學(xué)變化，制件的翹曲變形小。6.環(huán)境污染較小。在整個(gè)打印過程中不涉6.2熔融沉積成型工藝特點(diǎn)二、熔融沉積成型工藝的缺點(diǎn)：1.精度低。2.強(qiáng)度低。尤其是沿Z軸方向的材料強(qiáng)度比較弱，達(dá)不到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。3.打印時(shí)間長。需按橫截面形狀逐步打印，成型過程中受到一定的限制，制作時(shí)間長。4.需要支撐材料。在成型過程中需要加入支撐材料，在打印完成后要進(jìn)行剝離。6.3熔融沉積成型工藝過程熔融沉積成型的工藝流程圖如下所示：6.3熔融沉積成型工藝過程一、CAD模型構(gòu)建STL文件是3D打印機(jī)通用數(shù)據(jù)格式，大部分CAD建模系統(tǒng)都支持該格式，如專業(yè)級(jí)建模軟件UG，Pro/E，AutoCAD，SolidWorks等，也有普通用戶的建模軟件，可以通過簡單的操作編輯3D模型，如Autodesk123、3Done等，在CAD系統(tǒng)或反求系統(tǒng)中獲得零件的三維模型后，就可以將其以STL格式輸出，供3D打印成型系統(tǒng)使用。6.3熔融沉積成型工藝過程二、模型分層處理

完成STL文件格式的檢查和修復(fù)后，選擇成型的方向可以方便準(zhǔn)確地制造實(shí)物。利用分層程序選擇參數(shù)并將模型分層，得到每一薄片層的平面信息及其有關(guān)的三角形面片數(shù)據(jù)。FDM成形中，每一個(gè)層片都是在上一層上堆積而成，上一層對(duì)當(dāng)前層起到定位和支撐的作用。6.3熔融沉積成型工藝過程三、分層疊加成型

升高工作臺(tái)并靠近噴頭，到較近距離時(shí)改用較小的升降速度，繼續(xù)升高工作臺(tái)并貼緊噴頭，噴頭與工作臺(tái)的高度可以根據(jù)底面粘結(jié)情況微調(diào)，一般成型機(jī)在正式打印前需要進(jìn)行該步調(diào)平工作。6.3熔融沉積成型工藝過程四、后處理

加工過程結(jié)束后，從工作臺(tái)上取出模型，然后進(jìn)行檢驗(yàn)及后續(xù)處理。熔融沉積成型的后處理步驟主要包括去除支撐、模型打磨、拋光、噴涂上色等過程。6.4熔融沉積成型工藝的適用材料一、熔融沉積成型工藝對(duì)材料的要求

1.能承受一定高溫。2.與成型材料不浸潤，便于后處理。3.具有水溶性或者酸溶性。4.具有有較低的熔融溫度。5.流動(dòng)性要好。6.4熔融沉積成型工藝的適用材料二、熔融沉積成型材料根據(jù)以上特征，目前市場上主要的FDM材料包括ABS、PLA、PC、PP、合成橡膠等。PLA材料6.5熔融沉積成型工藝精度一、材料特性對(duì)誤差的影響二、層厚與噴頭內(nèi)徑

層厚參數(shù)取決于噴頭內(nèi)徑的大小，因?yàn)閮?nèi)徑大小會(huì)直接影響到噴頭出絲的粗細(xì)。成形工藝過程中，為了保證層與層之間能夠形成一定的擠壓，為使得兩層之間黏合形成牢固的一體式結(jié)構(gòu)，就要在設(shè)置工藝參數(shù)時(shí)要求層高參數(shù)小于噴頭內(nèi)徑值。6.5熔融沉積成型工藝精度三、擠出速度和打印速度的交互作用

為了確保擠出的絲材均勻一致、不間斷、不堆積，就需要將擠出機(jī)的速度和打印速度相互協(xié)調(diào)，保證擠出絲材的體積或稱流量等于當(dāng)前模型設(shè)計(jì)時(shí)需要的體積。出絲流量小于成形所需材料體積，會(huì)產(chǎn)生斷絲或者是欠填充；出絲流量大于成形所需材料體積，會(huì)使已成型表面凹凸不平，甚至是會(huì)將邊緣結(jié)構(gòu)粘結(jié)撕裂。6.5熔融沉積成型工藝精度三、擠出速度和打印速度的交互作用

為了確保擠出的絲材均勻一致、不間斷、不堆積，就需要將擠出機(jī)的速度和打印速度相互協(xié)調(diào)，保證擠出絲材的體積或稱流量等于當(dāng)前模型設(shè)計(jì)時(shí)需要的體積。出絲流量小于成形所