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1、实验13D打印加工实验一、实验目的1.了解FDM3D打印工艺的成形原理；2.熟悉FDM3D打印机的机械结构及操作方法；3.学习3D打印软件的使用方法。二、实验内容1.选择适合打印的三维模型，利用FDM3D打印机完成加工；2.测量打印件的尺寸精度；3.分析影响打印精度及打印效率的关键因素。三、实验设备1.UP3D打印机2.去支撑用工具钳、工具四、实验原理FDM（FusedDepositionModeling）中文全称为熔融沉积成型3D打印技术，使用丝状材料(塑料、树脂、低熔点金属)为原料，利用电加热方式将丝材加热至略高于熔化温度，在计算机的控制下，喷头作x-y平面运
2、动，将熔融的材料涂覆在工作台上，冷却后形成工件的一层截面。一层成形后，喷头上移一层高度，随后开始加工下一层，由此逐层堆积形成三维工件，打印原理如图6-1所示。图6-1FDM三维打印技术原理图在打印过程中，线材通过打印喷头挤出的瞬间将会快速凝固，根据材料的不同以及模型设计温度的不同，打印头的温度也不尽相同。为了防止打印零件出现翘曲变形等问题，一般还需在喷头温度升温后对打印平台进行预热处理，以此降低零件加工过程中的温度梯度。为便于零件加工完成后从打印平台上剥离，一般需在打印平台上预先置放隔层，喷头挤出的线材直接在隔层上成形。FDM3D打印技术的优点是材料利用率高、材料
3、成本低、可选材料种类多、工艺简洁。缺点是精度较低、复杂构件不易制造、零件悬垂区域需加支撑、表面质量较差。该工艺适用于产品的概念建模及功能测试，适合中等复杂程度的中小原型，不适合制造大型零件。五、实验步骤1.熟悉打印控制软件的操作界面及主要功能模块；2.熟悉UP3D打印机的主要结构及操作方法，通过USB数据线连接计算机和打印机，连接电源适配器给打印机供电，如图6-2所示：图6-2打印机线路连接3.在控制软件中选择端口并连接打印机，将指导教师指定的标准零件模型、以及任选的个性化模型导入控制软件；4.选择控制软件中的“位置”按钮，对导入模型执行平移、缩放操作，随后将模型
4、对中，如图6-3所示；图6-3模型导入及对中5.对模型执行切片操作，根据需要调整切片参数；6.点击“运行任务”按钮，等打印机喷头、底板温度加热到设置温度后，打印机将开始打印，记录打印开始时间；7.观察打印过程，分析影响打印效率的关键因素；8.记录打印结束时间，模型打印完成后，待喷头及打印平台冷却后，再取模型；9.从打印平台上取出附着模型的打印底板(即是带规则网点的塑料板。手握铲刀（铲刀首次使用需要开封)，将刀口放在模型与打印底板之间，用力慢慢铲动，来回撬松模型，如图6-4所示；图6-4取出模型10.零件打印结束后，断开打印机电源适配器，清洁打印喷头及打印平台，关闭
5、计算机。六、实验数据记录模型数据标准零件自选零件喷头预热时间（min）4.674.67平台预热时间（min）3.173.17零件尺寸(长◊宽◊高，mm)15mm*15mm*11mm切层厚度(mm)0.18mm0.18mm切层数量6012填充路径类型网格填充网格填充打印材料ABSABS打印时间(min)3.3512.65实际打印尺寸15mm*15mm*11.1mm(长◊宽◊高，mm)尺寸精度(mm)长度方向IT9宽度IT9高度IT9七、实验讨论题1.FDM三维打印技术的成形原理？答：快速成型技术是对零件的三维CAD 实体模型，按照一定的厚度进行分层切片处理，生成二维
6、的截面信息，然后根据每一层的截面信息，利用不同的方法生成截面的形状。这一过程反复进行，各截面层层叠加，最终形成三维实体。分层的厚度可以相等，也可以不等。分层越薄，生成的零件精度越高，采用不等厚度分层的目的在于加快成型速度。2.分析影响FDM3D打印精度的关键因素？答：3D打印FDM技术成形精度包括尺寸误差、几何误差及表面粗糙度。在FDM的3D打印机成型过程中 ，影响它精度的因素有如下几个方面:(1) 材料收缩。材料在 FDM工艺过程中经过固体 2 液体 2 固体 2次相变。当材料凝固成形时 ,由材料收缩而产生的应力应变将影响成形件精度。若成形过程中的材料确定 ,该
7、种误差可通过在目前的数据处理软件中 ,设定 x,y,z这 3个方向上的“ 收缩补偿因子 ” 进行尺寸补偿来消除。(2) 喷头温度和成形室温度。喷头温度决定了材料的粘结性能、 堆积性能、 丝材流量以及挤出丝宽度 ,既不可太低 ,使材料粘度加大 ,挤丝速度变慢 ,也不可太高 ,使材料偏向于液态 ,粘性系数变小 ,流动性强 ,挤出过快 ,无法形成可精确控制的丝。喷头温度的设定应根据丝材的性质在一定范围内选择 ,以保证挤出的丝呈熔融流动状态。成形室的温度会影响到成形件的热应力大小 ,温度过高 ,虽然有助于减少热应力 ,但零件表面易起皱;而温度太低,从喷嘴挤出的丝骤冷将使成
8、形件热应力
