3D打印工藝——FDM工藝簡介

格融沉積快速成型(Fused Deposion Modeling, FDM)是繼光固化快速成型和疊層實體快速成型工藝后的另一種應(yīng)用比較廣泛的快速成型工藝。該技術(shù)是當前應(yīng)用較為廣泛的一種3D打印技術(shù)，同時也是最早開源的3D打印技術(shù)之一。該工藝方法以美國Sratasys公司開發(fā)的FDM制造系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛。該公司自1993年開發(fā)出第一臺FDM1650機型后，先后推出了FDM2000、FDM3000、FDM8000及1998年推出的引人注目的FDM Quantum機型。FDMQuantum機型的最大造型體積達到600mm×500mm×600mm。國內(nèi)的清華大學(xué)也較早地進行了FDM工藝商品化系統(tǒng)的研制工作，并推出熔融擠壓制造設(shè)備MEM250等。

具體操作如下：

準備階段：首先，根據(jù)3D模型的設(shè)計，對其進行切片處理，即將3D模型分解成一系列二維薄片。這一步是為了便于后續(xù)的控制和管理。

打印階段：切片完成后，3D打印機將熔融的材料（通常為ABS或PLA）從耗材卷中通過噴嘴擠出，然后均勻地堆積在工作臺上。噴嘴會將材料加熱至液態(tài)，隨后擠出，形成一層薄薄的塑料層。工作臺隨后下降，以便下一層能夠被打印。這個過程不斷重復(fù)，直至整個3D模型構(gòu)建完成。

后處理：打印完成后，還需要進行一些后處理工作，如移除多余的支撐材料，并進行打磨和涂漆等表面處理，提高打印模型的外觀質(zhì)量和質(zhì)感。

3D打印工藝——FDM工藝的特點

FDM的優(yōu)點是材料利用率高，可選材料種類多、工藝簡潔，但成型精度更高、成型實物強度更高，并且可以彩色成型。其缺點是精度低，復(fù)雜構(gòu)件不易制造，懸臂件需加支撐，而且成型后表面粗糙。該工藝適合于產(chǎn)品的概念建模及形狀和功能測試，中等復(fù)雜程度的中小原型不適合制造大型零件。

優(yōu)點：

1)系統(tǒng)構(gòu)造原理和操作簡單，維護成本低，系統(tǒng)運行安全。

2)可以使用無毒的原材料，設(shè)備系統(tǒng)可在辦公環(huán)境中安裝使用。

3)用蠟成型的零件原型，可以直接用于失蠟鑄造。

4)可以成型任意復(fù)雜程度的零件，常用于成型具有很復(fù)雜的內(nèi)腔、孔等零件。

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)原材料利用率高，且材料壽命長。

7)支撐去除簡單，無須化學(xué)清洗，分離容易。

缺點：

1)成型件的表面有較明顯的條紋。

2)沿成型軸垂直方向的強度比較弱。

3)需要設(shè)計與制作支撐結(jié)構(gòu)。

4)需要對整個截面進行掃描涂覆，成型時間較長。

5)原材料價格昂貴。

3D打印技術(shù)主要的使用材料

FDM 3D打印技術(shù)主要的使用材料為ABS

(1)ABS塑料

ABS塑料具有優(yōu)良的綜合性能，其強度、柔韌性、機械加工性優(yōu)異，并具有更高的耐溫性，是工程機械零部件的優(yōu)先塑料。

ABS塑料的缺點是在打印過程中會產(chǎn)生氣味，而且由于ABS的冷收縮性，在打印過程中模型易與打印平板產(chǎn)生脫離。

(2)PLA塑料

PLA塑料是當前桌面式3D打印機使用最廣泛的一種材料。PLA塑料是生物可降解材料，使用可再生的植物資源(如玉米)所提出的淀粉原料制成。

3D打印工藝——熔融沉積快速成型技術(shù)的應(yīng)用

FDM快速成型技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于汽車、機械、航空航天、家電、通信、電子、建筑、醫(yī)學(xué)、玩具等產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)過程，如產(chǎn)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(shè)計以及少量產(chǎn)品制造等，也應(yīng)用于政府、大學(xué)及研究所等機構(gòu)。用傳統(tǒng)方法需要幾個星期、幾個月才能制造的復(fù)雜產(chǎn)品原型，用FDM成型法無需任何刀具和模具，很快便可完成。

(1)FDM在日本豐田公司的應(yīng)用

豐田公司采用FDM工藝制作右側(cè)鏡支架和4個門把手的母模，通過快速模具技術(shù)制作產(chǎn)品而取代傳統(tǒng)的CNC制模方式，使得2000 Avalon車型的制造成本顯著降低，右側(cè)鏡支架模具成本降低20萬美元，4個門把手模具成本降低30萬美元。FDM工藝已經(jīng)為豐田公司在轎車制造方面節(jié)省了約200萬美元。

(2)FDM在美國快速原型制造公司的應(yīng)用

從事模型制造的美國Rapid Models & Prototypes公司采用FDM工藝為生產(chǎn)廠商Laramie Toys制作了玩具水槍模型。借助FDM工藝制作該玩具水槍模型，通過將多個零件一體制作，減少了傳統(tǒng)制作方式制作模型的部件數(shù)量，避免了焊接與螺紋連接等組裝環(huán)節(jié)，顯著提高了模型制作的效率。

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審核編輯 黃宇