FDM工艺沙盘3D打印解析

三维-小维尼

2021-06-02 14:14:07

熔融沉积又叫熔丝沉积，主要采用丝状热熔性材料作为原材料，通过加热融化，将液化后的原材料通过一个微细喷嘴的喷头挤喷出来。原材料被喷出后沉积在制作面板或者前一层已固化的材料上，温度低于熔点后开始固化，通过材料逐层堆积形成最终的成品。

由于工艺的需要，在3D打印机工作前，一般都需要先设定各层的间距、路径的宽度等基本信息，然后由切片引擎对三维模型进行切片并生成打印路径。接着在上位软件和打印机的控制下，打印喷头根据水平分层数据作X轴和Y轴的平面运动，Z轴方向的垂直移动则由工作台来完成。

同时，丝材由送丝部件送至喷头，经过加热、熔化，一般将加热温度设为原材料熔点之上几度，这样当材料从喷头挤出黏结到工作台面上时，便会快速冷却并凝固。这样打印出的材料迅速与前一个层面熔结在一起，当每一层截面完成后，工作台便下降一个层厚的高度，打印机接着再继续进行下一层的打印，一直重复这样的步骤，直至完成整个设计模型。

FDM工艺的关键是保持从喷嘴中喷出的、熔融状态下的原材料温度刚好在凝固点之上，通常控制在比凝固点高1℃左右。如果温度太高，会导致打印模型的精度太低，模型变形等问题；但如果温度太低或不稳定，则容易导致喷头被堵住，打印失败。

FDM工艺3D打印过程

（1）制作待打印物品的三维数字模型
一般由设计人员根据产品的要求，通过计算机辅助设计软件绘制出需要的三维数字模型。在设计时常用到的设计软件主要有Pro/Engineering、Solidworks、MDT、AutoCAD、UG等。

（2）获得模型STL格式的数据
一般设计好的模型表面上会存在许多不规则的曲面，在进行打印之前必须对模型上这些曲面进行近似拟合处理。目前最通用的方法是转换为STL格式进行保存，STL格式是美国3D System公司针对3D打印设备设计的一种文件格式。通过使用一系列相连的小三角平面来拟合曲面，从而得到可以快速打印的三维近似模型文件。大部分常见的CAD设计软件都具备导出STL格式文件的功能，如Pro/Engineering、Solidworks、MDT、AutoCAD、UG等。

（3）使用切片软件进行切片分层处理，并自动添加支撑
由于3D打印都是对模型分解，然后逐层按照层截面进行制造，最后循环累加而成。所以，必须先要将STL格式的三维模型进行切片，转化为3D打印设备可处理的层片模型。目前市场上常见的各种3D打印设备都自带有切片处理软件，在完成基本的参数设置后，软件能够自动计算出模型的截面信息。

（4）进行打印制作
根据FDM打印原理，可以想象在一些大跨度结构时系统必须对产品添加支撑部件。否则，当上层截面相比下层截面急剧放大时，后打印的上层截面会有部分出现悬浮（或悬空）的情况，从而导致截面发生部分塌陷或变形，严重影响打印模型的成型精度。所以最终打印完成的模型一般包括支撑部分与实体部分两个方面，而切片软件会根据待打印模型的外形不同，自动计算决定是否需要为其添加支撑。

同时，支撑还有一个重要的目的是建立基础层。即在正式打印之前，先在工作平台上打印一个基础层，然后再在该基础层上进行模型打印，这样既可以使打印模型底层更加平整，还可以使制作完成后的模型更容易剥离。所以，进行FDM打印的关键一步是制作支撑，一个良好的基础层可以为整个打印过程提供一个精确的基准面，进而保证打印模型的精度和品质。

（5）支撑剥离、表面打磨等后处理
对FDM制作的模型而言，其后处理工作主要是对模型的支撑进行剥离、外表面进行打磨等处理。首先需要去除实体模型的支撑部分，然后对实体模型的外表面进行打磨处理，以使最终模型的精度、表面粗糙度等达到要求。

但根据实际制作经验来看，FDM技术生产的模型在复杂和细微结构上的支撑很难在不影响模型的情况下完全去除，很容易出现损坏原型表面的情况，对模型表面的品质会有不小的影响。

白令三维专注于3D打印技术应用，以“3D 打印+互联网+物联网+人工智能”为平台技术基础，将互联网平台与线下 3D 打印供应链相结合，形成了“智能物联、设计驱动”的综合解决方案能力。

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