3D打印技術之熔融沉積成型（FDM）原理

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FDM是“Fused Deposition Modeling”的簡寫形式，即為熔融沉積成型，這項3D打印技術由美國學者Scott Crump于1988年研制成功。FDM通俗來講就是利用高溫將材料融化成液態，通過打印頭擠出后固化，最后在立體空間上排列形成立體實物。

【FDM快速成型技術的技術原理】：

FDM機械系統主要包括噴頭、送絲機構、運動機構、加熱工作室、工作臺5個部分（如下圖）。熔融沉積工藝使用的材料分為兩部分：一類是成型材料，另一類是支撐材料。

將低熔點絲狀材料通過加熱器的擠壓頭熔化成液體，使熔化的熱塑材料絲通過噴頭擠出，擠壓頭沿零件的每一截面的輪廓準確運動，擠出半流動的熱塑材料沉積固化成精確的實際部件薄層，覆蓋于已建造的零件之上，并在1/10s內迅速凝固，每完成一層成型，工作臺便下降一層高度，噴頭再進行下一層截面的掃描噴絲，如此反復逐層沉積，直到最后一層，這樣逐層由底到頂地堆積成一個實體模型或零件。

FDM成形中，每一個層片都是在上一層上堆積而成，上一層對當前層起到定位和支撐的作用。隨著高度的增加，層片輪廓的面積和形狀都會發生變化，當形狀發生較大的變化時，上層輪廓就不能給當前層提供充分的定位和支撐作用，這就需要設計一些輔助結構－“支撐”，以保證成形過程的順利實現。支撐可以用同一種材料建造，現在一般都采用雙噴頭獨立加熱，一個用來噴模型材料制造零件，另一個用來噴支撐材料做支撐,兩種材料的特性不同，制作完畢后去除支撐相當容易。送絲機構為噴頭輸送原料，送絲要求平穩可靠。送絲機構和噴頭采用推-拉相結合的方式，以保證送絲穩定可靠，避免斷絲或積瘤。

【FDM快速成型工藝的優點】

（1）成本低。熔融沉積造型技術用液化器代替了激光器，設備費用低；另外原材料的利用效率高且沒有毒氣或化學物質的污染，使得成型成本大大降低。

（2）采用水溶性支撐材料，使得去除支架結構簡單易行，可快速構建復雜的內腔、中空零件以?及一次成型的裝配結構件。

（3）原材料以卷軸絲的形式提供，易于搬運和快速更換。

（4）可選用多種材料，如各種色彩的工程塑料ABS、PC、PPS以及醫用ABS等。

（5）原材料在成型過程中無化學變化，制件的翹曲變形小。

（6）用蠟成型的原型零件，可以直接用于熔模鑄造。

（7）FDM?系統無毒性且不產生異味、粉塵、噪音等污染。不用花錢建立與維護專用場地，適合于辦公室設計環境使用。

（8）材料強度、韌性優良，可以裝配進行功能測試。

【FDM快速成型工藝的缺點】

（1）原型的表面有較明顯的條紋。

（2）與截面垂直的方向強度小。

（3）需要設計和制作支撐結構。

（4）成型速度相對較慢，不適合構建大型零件。

（5）原材料價格昂貴。

（6）噴頭容易發生堵塞，不便維護。

【FDM快速成型技術的應用】

FDM快速成型機采用降維制造原理，將原本很復雜的三維模型根據一定的層厚分解為多個二維圖形，然后采用疊層辦法還原制造出三維實體樣件。由于整個過程不需要模具，所以大量應用于汽車、機械、航空航天、家電、通訊、電子、建筑、醫學、玩具等產品的設計開發過程，如產品外觀評估、方案選擇、裝配檢查、功能測試、用戶看樣訂貨、塑料件開模前校驗設計以及少量產品制造等，也應用于政府、大學及研究所等機構。用傳統方法須幾個星期、幾個月才能制造的復雜產品原型，用FDM成型法無需任何刀具和模具，瞬間便可完成。

由于FDM工藝的特點，FDM已經廣泛地應用于制造行業。它降低了產品的生產成本，縮短了生產周期，大大地提高了生產效率，給企業帶來了較大的經濟效益。

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