相對(duì)于去除多余材料生產(chǎn)零部件的傳統(tǒng)加工工藝，3D打印的典型特點(diǎn)是采用逐層累計(jì)材料的方式來(lái)加工產(chǎn)品。目前，3D打印的材料包括液體、粉末、線材、片材等，運(yùn)用熱、化學(xué)反應(yīng)等方式來(lái)固化得到實(shí)體產(chǎn)品。自上世紀(jì)80年代以來(lái)，各種成型工藝百花齊放，典型的3D打印工藝有FDM、SLA、SLS、SLM、Polyjet等。 FDM（Fused Deposition Modeling）在國(guó)內(nèi)翻譯為熔融沉積成型，國(guó)外也有FLM（Fused Layer Modeling/Manufacturing）、FFF（Fused Filament Fabrication）等稱呼方式。該工藝于1988年由Stratasys創(chuàng)始人Scott Crump發(fā)明，是目前應(yīng)用最為廣范的工藝，市面上絕大部分桌面機(jī)都使用該成型原理。閱讀本文后，您將了解FDM的技術(shù)原理和流程的基本機(jī)制，以及這些流程的優(yōu)缺點(diǎn)和發(fā)展前景。

一、FDM 3d打印機(jī)技術(shù)

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1)        FDM技術(shù)概念

FDM的全稱是Fused Deposition Modeling，即工藝熔融沉積制造工藝，其別稱又為熔絲沉積。是一種不依靠激光作為成型能源、而將各種絲材（如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等）加熱熔化進(jìn)而堆積成型方法。

2)        FDM技術(shù)的歷史簡(jiǎn)介

FDM技術(shù)是美國(guó)學(xué)者Scott Crump在1988年研究出來(lái)的。1990年，美國(guó)Stratasys公司率先推出了基于FDM技術(shù)的快速成型機(jī)，并很快發(fā)布了基于FDM的Dimension系列3D打印機(jī)。

3)        FDM技術(shù)成型原理

加熱噴頭在計(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)，熱塑性絲狀材料由供絲機(jī)構(gòu)送至熱熔噴頭，并在噴頭中加熱和熔化成半液態(tài)，然后被擠壓出來(lái)，有選擇性的涂覆在制作面板上，快速冷卻后形成一層大約0.1-0.3mm厚的薄片輪廓。一層截面成型完成后工作臺(tái)下降一定高度，再進(jìn)行下一層的熔覆，好像一層層“畫(huà)出”截面輪廓，如此循環(huán)，最終形成三維產(chǎn)品零件。

4)        FDM技術(shù)所需耗材

FDM技術(shù)所需要的耗材有多種可以使用，如工程塑料ABS、PLA、聚碳酸酯PC、工程塑料PPSF以及ABS與PC的混合料等。同時(shí)，還有專門(mén)開(kāi)發(fā)的針對(duì)醫(yī)用的材料ABS-i。

5)        FDM技術(shù)應(yīng)用范圍

FDM技術(shù)現(xiàn)在主要用于制作概念模型，即結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝配原型件。FDM技術(shù)制造的模型可以運(yùn)用于銷售和行銷，包含內(nèi)部和外部，對(duì)內(nèi)來(lái)說(shuō)，主要是給管理層看產(chǎn)品在未生產(chǎn)之前的樣子；對(duì)外，則是給顧客看的，目的是為了吸引顧客的興趣和關(guān)注。

6)        FDM技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

    ①制造系統(tǒng)沒(méi)毒氣或化學(xué)物質(zhì)污染；

    ②一次成型、易操作且不產(chǎn)生垃圾；

    ③水溶性支撐技術(shù)，能快速去除支撐結(jié)構(gòu)，可快速構(gòu)建瓶狀或中空零件以及一次成型的裝配結(jié)構(gòu)件；

    ④原材料為材料卷，便于搬運(yùn)和更換。

    ⑤可選用多種材料。

缺點(diǎn)：

    ①成型精度較低，最高精度11um

    ②成型表面光潔度不高；

    ③成型速度慢。

二、FDM技術(shù)制造流程

---

FDM技術(shù)制造模型的過(guò)程包括設(shè)計(jì)CAD模型、CAD模型的近似處理、對(duì)STL文件進(jìn)行分層處理、造型、后處理。

1)        設(shè)計(jì)CAD模型

設(shè)計(jì)人員根據(jù)需求運(yùn)用設(shè)計(jì)軟件制作出三維CAD模型。

2)        三維CAD模型的近似處理

這一步主要是為了清楚產(chǎn)品表面不規(guī)則的曲面，所以在加工前一定要對(duì)其進(jìn)行近似處理。是用一系列相連的小三平角面來(lái)逼近曲面，得到STL格式的三維近似模型文件。目前設(shè)計(jì)軟件基本都有這個(gè)功能。

3)        STL文件進(jìn)行分層處理

因?yàn)榭焖俪尚投际且粚右粚拥拇蛴?，所以在打印前，需要把模型轉(zhuǎn)化為一層一層的層片模型。

4)        模型支撐制作

FDM技術(shù)制作模型的過(guò)程中，最重要的是支撐的制作。因?yàn)橐坏┲螞](méi)做好，就會(huì)導(dǎo)致制作的模型塌陷變形，影響模型的成型精度。同時(shí)，制作支撐還有一個(gè)重要的目的，那就是建立基礎(chǔ)層，即工作平臺(tái)于模型之間的緩沖層，基礎(chǔ)層有利于原型剝離平臺(tái)，同時(shí)，還可以在制作過(guò)程中提供一個(gè)基準(zhǔn)面。

5)        模型實(shí)體制作

在支撐做好后，就可以一層一層的自下而上的層層疊加打印出模型。

6)        后處理

快速成型的后處理主要是對(duì)原型進(jìn)行表面處理。去除支撐部分，對(duì)模型表面進(jìn)行處理。

三、FDM技術(shù)的發(fā)展前景

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    FDM技術(shù)作為3D打印成型技術(shù)中的一種，其發(fā)展前景廣泛。FDM技術(shù)因?yàn)槠渲谱骱?jiǎn)單、成本低廉，所以，對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，可以節(jié)約成本開(kāi)支；同時(shí)，F(xiàn)DM技術(shù)現(xiàn)目前主要用于制造概念模型，便于設(shè)計(jì)師直接觀看，從而發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不足。所以，F(xiàn)DM技術(shù)將會(huì)在設(shè)計(jì)行業(yè)、制造業(yè)等行業(yè)大放異彩，發(fā)揮重要作用。

    相對(duì)于去除多余材料生產(chǎn)零部件的傳統(tǒng)加工工藝，3D打印的典型特點(diǎn)是采用逐層累計(jì)材料的方式來(lái)加工產(chǎn)品。目前，3D打印的材料包括液體、粉末、線材、片材等，運(yùn)用熱、化學(xué)反應(yīng)等方式來(lái)固化得到實(shí)體產(chǎn)品。自上世紀(jì)80年代以來(lái)，各種成型工藝百花齊放，典型的3D打印工藝有FDM、SLA、SLS、SLM、Polyjet等。 FDM（Fused Deposition Modeling）在國(guó)內(nèi)翻譯為熔融沉積成型，國(guó)外也有FLM（Fused Layer Modeling/Manufacturing）、FFF（Fused Filament Fabrication）等稱呼方式。該工藝于1988年由Stratasys創(chuàng)始人Scott Crump發(fā)明，是目前應(yīng)用最為廣范的工藝，市面上絕大部分桌面機(jī)都使用該成型原理。閱讀本文后，您將了解FDM的技術(shù)原理和流程的基本機(jī)制，以及這些流程的優(yōu)缺點(diǎn)和發(fā)展前景。

一、FDM 3d打印機(jī)技術(shù)

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1)        FDM技術(shù)概念

FDM的全稱是Fused Deposition Modeling，即工藝熔融沉積制造工藝，其別稱又為熔絲沉積。是一種不依靠激光作為成型能源、而將各種絲材（如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等）加熱熔化進(jìn)而堆積成型方法。

2)        FDM技術(shù)的歷史簡(jiǎn)介

FDM技術(shù)是美國(guó)學(xué)者Scott Crump在1988年研究出來(lái)的。1990年，美國(guó)Stratasys公司率先推出了基于FDM技術(shù)的快速成型機(jī)，并很快發(fā)布了基于FDM的Dimension系列3D打印機(jī)。

3)        FDM技術(shù)成型原理

加熱噴頭在計(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)，熱塑性絲狀材料由供絲機(jī)構(gòu)送至熱熔噴頭，并在噴頭中加熱和熔化成半液態(tài)，然后被擠壓出來(lái)，有選擇性的涂覆在制作面板上，快速冷卻后形成一層大約0.1-0.3mm厚的薄片輪廓。一層截面成型完成后工作臺(tái)下降一定高度，再進(jìn)行下一層的熔覆，好像一層層“畫(huà)出”截面輪廓，如此循環(huán)，最終形成三維產(chǎn)品零件。

4)        FDM技術(shù)所需耗材

FDM技術(shù)所需要的耗材有多種可以使用，如工程塑料ABS、PLA、聚碳酸酯PC、工程塑料PPSF以及ABS與PC的混合料等。同時(shí)，還有專門(mén)開(kāi)發(fā)的針對(duì)醫(yī)用的材料ABS-i。

5)        FDM技術(shù)應(yīng)用范圍

FDM技術(shù)現(xiàn)在主要用于制作概念模型，即結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝配原型件。FDM技術(shù)制造的模型可以運(yùn)用于銷售和行銷，包含內(nèi)部和外部，對(duì)內(nèi)來(lái)說(shuō)，主要是給管理層看產(chǎn)品在未生產(chǎn)之前的樣子；對(duì)外，則是給顧客看的，目的是為了吸引顧客的興趣和關(guān)注。

6)        FDM技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

    ①制造系統(tǒng)沒(méi)毒氣或化學(xué)物質(zhì)污染；

    ②一次成型、易操作且不產(chǎn)生垃圾；

    ③水溶性支撐技術(shù)，能快速去除支撐結(jié)構(gòu)，可快速構(gòu)建瓶狀或中空零件以及一次成型的裝配結(jié)構(gòu)件；

    ④原材料為材料卷，便于搬運(yùn)和更換。

    ⑤可選用多種材料。

缺點(diǎn)：

    ①成型精度較低，最高精度11um

    ②成型表面光潔度不高；

    ③成型速度慢。

二、FDM技術(shù)制造流程

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FDM技術(shù)制造模型的過(guò)程包括設(shè)計(jì)CAD模型、CAD模型的近似處理、對(duì)STL文件進(jìn)行分層處理、造型、后處理。

1)        設(shè)計(jì)CAD模型

設(shè)計(jì)人員根據(jù)需求運(yùn)用設(shè)計(jì)軟件制作出三維CAD模型。

2)        三維CAD模型的近似處理

這一步主要是為了清楚產(chǎn)品表面不規(guī)則的曲面，所以在加工前一定要對(duì)其進(jìn)行近似處理。是用一系列相連的小三平角面來(lái)逼近曲面，得到STL格式的三維近似模型文件。目前設(shè)計(jì)軟件基本都有這個(gè)功能。

3)        STL文件進(jìn)行分層處理

因?yàn)榭焖俪尚投际且粚右粚拥拇蛴?，所以在打印前，需要把模型轉(zhuǎn)化為一層一層的層片模型。

4)        模型支撐制作

FDM技術(shù)制作模型的過(guò)程中，最重要的是支撐的制作。因?yàn)橐坏┲螞](méi)做好，就會(huì)導(dǎo)致制作的模型塌陷變形，影響模型的成型精度。同時(shí)，制作支撐還有一個(gè)重要的目的，那就是建立基礎(chǔ)層，即工作平臺(tái)于模型之間的緩沖層，基礎(chǔ)層有利于原型剝離平臺(tái)，同時(shí)，還可以在制作過(guò)程中提供一個(gè)基準(zhǔn)面。

5)        模型實(shí)體制作

在支撐做好后，就可以一層一層的自下而上的層層疊加打印出模型。

6)        后處理

快速成型的后處理主要是對(duì)原型進(jìn)行表面處理。去除支撐部分，對(duì)模型表面進(jìn)行處理。

三、FDM技術(shù)的發(fā)展前景

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    FDM技術(shù)作為3D打印成型技術(shù)中的一種，其發(fā)展前景廣泛。FDM技術(shù)因?yàn)槠渲谱骱?jiǎn)單、成本低廉，所以，對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，可以節(jié)約成本開(kāi)支；同時(shí)，F(xiàn)DM技術(shù)現(xiàn)目前主要用于制造概念模型，便于設(shè)計(jì)師直接觀看，從而發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不足。所以，F(xiàn)DM技術(shù)將會(huì)在設(shè)計(jì)行業(yè)、制造業(yè)等行業(yè)大放異彩，發(fā)揮重要作用。

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