一、FDM 3D打印技術(shù)的發(fā)展歷程

FDM工藝（FDM 3D打印技術(shù)，下文簡稱為FDM、FDM技術(shù)），英文全稱為：Fused Deposition Modeling，中文譯為熔融沉積成型，俗稱熔融擠出成型工藝。

1988年，科特克·魯姆普(Scott Crump)發(fā)明了FDM技術(shù)，次年Scott Crump成立了Stratasys公司。

有關(guān)FDM 3D打印技術(shù)發(fā)明過程的故事：1988年的一天，F(xiàn)DM發(fā)明人Scott Crump欲親手為女兒做一只玩具青蛙，他將聚乙烯和蠟燭的混合物裝入一個噴膠槍中，通過一層一層堆疊，做出玩具青蛙的形狀。此舉激發(fā)Scott Crump提出疑問：如果將噴膠槍固定在機械手臂上，該制作過程是否可以實現(xiàn)自動化？為解決這個問題，Scott Crump購買了一臺數(shù)字制圖設(shè)備，經(jīng)過一年的研究，發(fā)明了FDM 3D打印技術(shù)。

1992年，Stratasys公司推出了世界上第一臺基于FDM技術(shù)的3D打印機——3D造型者(3D Modeler)，這也標志著FDM技術(shù)進入商用階段。由于FDM工藝不需要激光系統(tǒng)支持，成型材料多為ABS、PLA等熱塑性材料，因此性價比較高，是桌面級3D打印機廣泛采用的技術(shù)路徑。

2009年FDM關(guān)鍵技術(shù)專利過期，基于FDM的3D打印公司開始大量出現(xiàn)，行業(yè)迎來了快速發(fā)展期，相關(guān)設(shè)備的成本和售價也大幅降低。數(shù)據(jù)顯示，專利到期后桌面級FDM打印機的價格從超過1萬美元下降至幾百美元，銷售數(shù)量從幾千臺上升至幾萬臺。

二、FDM 3D打印技術(shù)的原理

FDM工藝的材料一般是熱塑性材料，以絲狀供料。材料在噴頭內(nèi)被加熱熔化，噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運動，同時將熔化的材料擠出，材料迅速固化，并與周圍的材料粘結(jié)。每一個層均在前一層的基礎(chǔ)上堆積，前一層對當前層起到定位和支撐的作用。

隨著堆疊高度的增加，層片輪廓的面積和形狀均會發(fā)生變化。當形狀發(fā)生較大的變化時，前一層輪廓不能給當前層提供充分的定位和支撐，需要設(shè)計一些輔助結(jié)構(gòu)——“支撐”，“支撐”結(jié)構(gòu)對后續(xù)層提供定位和支撐，以保證成型過程的順利實現(xiàn)。“支撐”結(jié)構(gòu)會在后處理過程中被去除。

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圖片來源：學堂在線《解密3D打印》

三、FDM 3D打印技術(shù)使用的材料

FDM技術(shù)常用材料：蠟、ABS、PC、PLA、尼龍。

FDM技術(shù)制件性能：相當于工程塑料或蠟?zāi)！?

一般，F(xiàn)DM技術(shù)的原材料形狀為絲狀，絲狀材料供料優(yōu)點：

（1）成本低； （2）與其他材料相比更干凈； （3）易于更換、保存，不會形成粉末或液體污染。 絲狀材料供料缺點： FDM打印耗材對絲線的要求比較嚴格，材料經(jīng)過齒輪卷進噴頭，齒輪和固定輪之間的距離是恒定的。若絲線太粗，則會造成無法送絲或損壞送絲機構(gòu)；若絲材太細，送絲機構(gòu)感應(yīng)不到絲材的存在。因此要求絲材具有固定的規(guī)格，規(guī)格包括直徑1.75mm和3mm兩種。絲狀材料的缺點限制了FDM技術(shù)可使用材料的種類。

四、FDM 3D打印技術(shù)的特點

FDM技術(shù)的優(yōu)點：

（1）原理相對簡單，無需激光器等貴重元器件； （2）是最早實現(xiàn)開源的3D打印技術(shù)，用戶普及率高； （3）對使用環(huán)境幾乎沒有限制，可在家或辦公室使用； （4）原材料以卷軸絲的形式提供，易于運輸和更換； （5）打印成品強度、韌性都很高。

FDM技術(shù)的缺點:

（1）噴頭采用機械式結(jié)構(gòu)，打印速度慢； （2）尺寸精度較差，表面相對粗糙； （3）需要設(shè)計和制作支撐結(jié)構(gòu)，打印復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型時，支撐結(jié)構(gòu)難以去除。

審核編輯：劉清