第五章_熔融沉积快速成型工艺

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1、第五章熔融沉积快速成型工艺快速成型与快速模具制造技术及其应用机械工业出版社（第三版）第五章熔融沉积快速成型工艺熔融沉积快速成型（FusedDepositionModeling，FDM）是继光固化快速成型和叠层实体快速成型工艺后的另一种应用比较广泛的快速成型工艺方法。该工艺方法以美国Stratasys公司开发的FDM制造系统的应用最为广泛。该公司自1993年开发出第一台FDM1650机型后，先后推出了FDM2000、FDM3000、FDM8000及1998年推出的引人注目的FDMQuantum机型，FDMQu

2、antum机型的最大造型体积达到600mm×500mm×600mm。此外，该公司推出的Dimension系列小型FDM三维打印设备得到市场的广泛认可，仅2005年的销量就突破了1000台。国内的清华大学与北京殷华公司也较早地进行了FDM工艺商品化系统的研制工作，并推出熔融挤压制造设备MEM250等。1熔融沉积快速成型工艺的基本原理和特点2熔融沉积快速成型材料及设备3熔融沉积快速成型工艺过程4熔融沉积快速成型工艺因素分析5气压式熔融沉积快速成型系统第五章熔融沉积快速成型工艺1.熔融沉积快速成型工艺的基本原理第

3、一节熔融沉积快速成型工艺基本原理和特点熔融沉积（FusedDepositionModeling，FDM）又叫熔丝沉积，它是将丝状的热熔性材料加热熔化，通过带有一个微细喷嘴的喷头挤喷出来，如果热熔性材料的温度始终稍高于固化温度，而成型部分的温度稍低于固化温度，就能保证热熔性材料挤喷出喷嘴后，随即与前一层面熔结在一起。一个层面沉积完成后，工作台按预定的增量下降一个层的厚度，再继续熔喷沉积，直至完成整个实体造型。图5-1熔融沉积制造工艺的基本原理将实芯丝材原材料缠绕在供料辊上，由电机驱动辊子旋转，辊子和丝材之间的

4、摩擦力使丝材向喷头的出口送进。在供料辊与喷头之间有一导向套，导向套采用低摩擦材料制成，以便丝材能顺利、准确地由供料辊送到喷头的内腔。喷头的前端有电阻丝式加热器，在其作用下，丝材被加热熔融，然后通过出口涂覆至工作台上，并在冷却后形成制件当前截面轮廓。图5-1熔融沉积制造工艺的基本原理第一节熔融沉积快速成型工艺基本原理和特点熔融沉积快速成型工艺在原型制作时需要同时制作支撑，为了节省材料成本和提高沉积效率，新型FDM设备采用了双喷头，如图5-2所示。一个喷头用于沉积模型材料，一个喷头用于沉积支撑材料。双喷头的优点

5、除了沉积过程中具有较高的沉积效率和降低模型制作成本以外，还可以灵活地选择具有特殊性能的支撑材料，以便于后处理过程中支撑材料的去除，如水溶材料、低于模型材料熔点的热熔材料等。图5-2双喷头熔融沉积工艺的基本原理第一节熔融沉积快速成型工艺基本原理和特点2.熔融沉积成型工艺的特点优点：◎系统构造和原理简单，运行维护费用低（无激光器）◎原材料无毒，适宜在办公环境安装使用◎用蜡成形的零件原型，可以直接用于失蜡铸造◎可以成型任意复杂程度的零件◎无化学变化，制件的翘曲变形小◎原材料利用率高，且材料寿命长◎支撑去除简单，无

6、需化学清洗，分离容易◎可直接制作彩色原型缺点：◎成型件表面有较明显条纹◎沿成型轴垂直方向的强度比较弱◎需要设计与制作支撑结构◎原材料价格昂贵◎需要对整个截面进行扫描涂覆，成形时间较长第一节熔融沉积快速成型工艺基本原理和特点指标SLALOMSLSFDM成型速度较快快较慢较慢原型精度高较高较低较低制造成本较高低较低较低复杂程度复杂简单复杂中等零件大小中小件中大件中小件中小件常用材料热固性光敏树脂等纸、金属箔、塑料薄膜等石蜡、塑料、金属、陶瓷等粉末石蜡、尼龙、ABS、低熔点金属等第一节熔融沉积快速成型工艺基本原理

7、和特点FDM工艺与其它快速成型工艺方法的比较：1熔融沉积快速成型工艺的基本原理和特点2熔融沉积快速成型材料及设备3熔融沉积快速成型工艺过程4熔融沉积快速成型工艺因素分析5气压式熔融沉积快速成型系统第五章熔融沉积快速成型工艺第二节熔融沉积快速成型材料及设备1.熔融沉积快速成型材料熔融沉积快速成型制造技术的关键在于热融喷头，喷头温度的控制要求使材料挤出时既保持一定的形状又有良好的粘结性能。除了热熔喷头以外，成型材料的相关特性（如材料的粘度、熔融温度、粘结性以及收缩率等）也是该工艺应用过程中的关键。熔融沉积工艺使

8、用的材料分为两部分：一类是成型材料，另一类是支撑材料。第二节熔融沉积快速成型材料及设备材料的粘度材料的粘度低、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。材料熔融温度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。材料的粘结性FDM工艺是