熔融沉積制造

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1、熔融沉積制造（FDM)名稱：熔融沉積制造也稱熔融擠出成型。原理：熔融沉積制造是對(duì)零件的三維?CAD?實(shí)體模型?,按照一定的厚度進(jìn)行分層切片處理,生成二維的截面信息,然后根據(jù)每一層的截面信息?,利用不同的方法生成截面的形狀。這一過程反復(fù)進(jìn)行,各截面層層疊加,最終形成三維實(shí)體。分層的厚度可以相等,也可以不等。分層越薄,生成的零件精度越高?,采用不等厚度分層的目的在于加快成型速度。并且不依靠激光制作成型能源，而將各種絲材加熱熔化進(jìn)而堆積成型。理論加工過程：噴頭在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)產(chǎn)品零件的截面輪廓信息，作X-Y平面運(yùn)動(dòng)；熱塑性絲材由供絲機(jī)構(gòu)送至噴頭，并在噴頭被加熱熔化成半液態(tài)，然后被擠

2、壓出來，有選擇性地涂覆在工作臺(tái)上，快速冷卻后形成一層薄片輪廓。一層截面成型完成后工作臺(tái)下降一定高度，再進(jìn)行下一層的涂覆，好像一層層的“畫出”截面輪廓，如此循壞，最終形成三維零件。具體制造過程：首先根據(jù)產(chǎn)品的使用要求，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)出產(chǎn)品的三維模型。目前常用的設(shè)計(jì)軟件有:Pro/E、CAD、UG等。或由三維測(cè)量?jī)x（CT、MRI等）獲取的數(shù)據(jù)重構(gòu)產(chǎn)品的實(shí)體模型，最后以三維模型分層處理。在得到零件三維實(shí)體后，要完成最終造型，必須得到每一層的二維截面信息，所以必須對(duì)三維模型進(jìn)行分層處理。目前最普遍的方法是采用美國(guó)3DSystem公司開發(fā)的STL(Sterolithgraphy)

3、文件格式。這種文件格式是將CAD表面離散化為三角形面片，如圖所示。根據(jù)實(shí)體的表面曲率，實(shí)體的表面由眾多的三角形面片組成，不同的精度時(shí)有不同的三角形網(wǎng)格劃分。如圖為對(duì)同一直徑的球體在不同精度條件下的表面三角形面片表示實(shí)體制做支撐制作由于FDM的工藝特點(diǎn),系統(tǒng)必須對(duì)產(chǎn)品三維CAD模型做支撐處理,否則,在分層制造過程中,當(dāng)上層截面大于下層截面時(shí),上層截面的多出部分會(huì)出現(xiàn)懸浮(或懸空),從而使截面部分發(fā)生塌陷或變形,影響零件原型的成型精度,甚至使產(chǎn)品原型不能成型。支撐還有一個(gè)重要的目的:建立基礎(chǔ)層。在工作平臺(tái)和原型的底層之間建立緩沖層,使原型制作完成后便于剝離工作平臺(tái)。此外，基礎(chǔ)支撐還可以

4、給制造過程提供一個(gè)基準(zhǔn)面。所以FDM造型的關(guān)鍵一步是制作支撐。實(shí)體制作在支撐的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)體的造型,自下而上層層疊加形成三維實(shí)體,這樣可以保證實(shí)體造型的精度和品質(zhì)。實(shí)際生產(chǎn)的過程中為了節(jié)省材料成本，提高沉積效率，新型的FDM設(shè)備采用雙噴頭，一個(gè)噴頭專用于沉積原材料絲，另一個(gè)用于沉積支撐材料絲。一般來說，原型材料絲精細(xì)而且成本較高，沉積的效率也較低。而支撐材料絲較粗且成本較低，沉積效率也較高。雙噴頭煩人有點(diǎn)除了沉積過程中具有較高的效率和較低的模型制作成本以外，還可以靈活的選擇具有特殊性能的支撐材料，以便后處理過程中支撐材料的去除，入采用水溶性材料、低于模型熔點(diǎn)的熱熔性材料等。材料性能

5、要求材料的性能直接影響成形過程及成形精度。FDM工藝對(duì)材料以下性能有所要求：?（1）材料的粘度：材料的粘度低，流動(dòng)性好，阻力就小，有助于材料的順利擠出。材料的流動(dòng)性差，需要很大的壓力才能擠出，會(huì)增加噴頭的起停響應(yīng)時(shí)間，從而影響成形精度。?（2）材料的熔融溫度：熔融溫度低可以使材料在較低溫度下擠出，有利于提高噴頭和整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的壽命。而且，減少材料在擠出前后的溫差，能夠減少熱應(yīng)力，從而提高原型的精度。??（3）材料的粘結(jié)性：FDM原型的層層之間往往是零件強(qiáng)度最薄弱的地方，粘結(jié)性好壞決定了零件成形以后的強(qiáng)度。粘結(jié)性過低，有時(shí)在成形過程中因熱應(yīng)力會(huì)造成層與層之間的開裂。??（4）材料的收

6、縮率：擠出后的材料絲一般會(huì)發(fā)生一定程度的膨脹，如果材料收縮率對(duì)壓力比較敏感，會(huì)造成擠出材料絲直徑與噴嘴名義直徑相差過大影響成形精度。另外，F(xiàn)DM成形材料收縮率對(duì)溫度不能太敏感，否則會(huì)產(chǎn)生零件翹曲、開裂。??為此，F(xiàn)DM工藝對(duì)成形材料的要求是熔融溫度低、粘度低、粘結(jié)性好、收縮率小。另外，F(xiàn)DM材料還要有良好的成絲性；在相變過程中具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，且要有小的收縮性。FDM工藝選用的材料為絲狀熱塑性材料，常用的有石蠟、塑料、尼龍絲等低熔點(diǎn)材料和金屬、陶瓷等的線材或絲材。?此外，F(xiàn)DM工藝對(duì)支撐材料性能同樣有一定的要求，主要有：??（1）能承受一定的高溫??由于支撐材?料要與成形材料在

7、支撐面上接觸，因此，支撐材料必須能夠承受成形材料的高溫，在此溫度下不產(chǎn)生分解與融化??（2）與成形材料不浸潤(rùn)，便于后處理???支撐材料室加工中的輔助手段，在加工完畢后必須去除，所以支撐材料與成形材料的親和性不應(yīng)太好??（3）具有水溶性或酸溶性?為了便于后處理，支撐材料最好可以在某種溶液里溶解??（4）具有較低的熔融溫度?材料在較低的溫度擠出，提高噴頭的使用壽命??（5）流動(dòng)性要好?由于支撐材料的成形精度要求不高，為了提高機(jī)器的掃描速度，要求支撐材料具有很好的流動(dòng)性，相