3D打印加工實驗

1、實驗1 3D打印加工實驗一、實驗目的1.了解FDM 3D打印工藝的成形原理；2.熟悉FDM 3D打印機的機械結構及操作方法；3.學習3D打印軟件的使用方法。二、實驗內(nèi)容1.選擇適合打印的三維模型，利用FDM 3D打印機完成加工；2.測量打印件的尺寸精度；3.分析影響打印精度及打印效率的關鍵因素。三、實驗設備1.UP 3D打印機2.去支撐用工具鉗、工具四、實驗原理FDM（Fused Deposition Modeling）中文全稱為熔融沉積成型3D打印技術，使用絲狀材料(塑料、樹脂、低熔點金屬)為原料，利用電加熱方式將絲材加熱至略高于熔化溫度，在計算機的控制下，噴頭作x-y平面運動，將熔融的材料

2、涂覆在工作臺上，冷卻后形成工件的一層截面。一層成形后，噴頭上移一層高度，隨后開始加工下一層，由此逐層堆積形成三維工件，打印原理如圖6-1所示。圖6-1 FDM三維打印技術原理圖在打印過程中，線材通過打印噴頭擠出的瞬間將會快速凝固，根據(jù)材料的不同以及模型設計溫度的不同，打印頭的溫度也不盡相同。為了防止打印零件出現(xiàn)翹曲變形等問題，一般還需在噴頭溫度升溫后對打印平臺進行預熱處理，以此降低零件加工過程中的溫度梯度。為便于零件加工完成后從打印平臺上剝離，一般需在打印平臺上預先置放隔層，噴頭擠出的線材直接在隔層上成形。FDM 3D打印技術的優(yōu)點是材料利用率高、材料成本低、可選材料種類多、工藝簡潔。缺點是精

3、度較低、復雜構件不易制造、零件懸垂區(qū)域需加支撐、表面質(zhì)量較差。該工藝適用于產(chǎn)品的概念建模及功能測試，適合中等復雜程度的中小原型，不適合制造大型零件。五、實驗步驟1.熟悉打印控制軟件的操作界面及主要功能模塊；2.熟悉UP 3D打印機的主要結構及操作方法，通過USB數(shù)據(jù)線連接計算機和打印機，連接電源適配器給打印機供電，如圖6-2所示：圖6-2 打印機線路連接3.在控制軟件中選擇端口并連接打印機，將指導教師指定的標準零件模型、以及任選的個性化模型導入控制軟件；4.選擇控制軟件中的“位置”按鈕，對導入模型執(zhí)行平移、縮放操作，隨后將模型對中，如圖6-3所示；圖6-3 模型導入及對中5.對模型執(zhí)行切片操作

4、，根據(jù)需要調(diào)整切片參數(shù)；6.點擊“運行任務”按鈕，等打印機噴頭、底板溫度加熱到設置溫度后，打印機將開始打印，記錄打印開始時間；7.觀察打印過程，分析影響打印效率的關鍵因素；8.記錄打印結束時間，模型打印完成后，待噴頭及打印平臺冷卻后，再取模型；9.從打印平臺上取出附著模型的打印底板(即是帶規(guī)則網(wǎng)點的塑料板。手握鏟刀（鏟刀首次使用需要開封)，將刀口放在模型與打印底板之間，用力慢慢鏟動，來回撬松模型，如圖6-4所示；圖6-4 取出模型10.零件打印結束后，斷開打印機電源適配器，清潔打印噴頭及打印平臺，關閉計算機。六、實驗數(shù)據(jù)記錄模型數(shù)據(jù)標準零件自選零件噴頭預熱時間（min）4.674.67平臺預熱

5、時間（min）3.173.17零件尺寸 (長寬 高，mm)15mm*15mm*11mm切層厚度(mm)0.18mm0.18mm切層數(shù)量6012填充路徑類型網(wǎng)格填充網(wǎng)格填充打印材料ABSABS打印時間(min)3.3512.65實際打印尺寸(長寬 高，mm)15mm*15mm*11.1mm尺寸精度(mm)長度方向IT9寬度IT9高度IT9七、實驗討論題1.FDM三維打印技術的成形原理？答：快速成型技術是對零件的三維CAD 實體模型，按照一定的厚度進行分層切片處理，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。這一過程反復進行，各截面層層疊加，最終形成三維實

6、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。2.分析影響FDM 3D打印精度的關鍵因素？答：3D打印FDM技術成形精度包括尺寸誤差、幾何誤差及表面粗糙度。在FDM的3D打印機成型過程中 ，影響它精度的因素有如下幾個方面:(1) 材料收縮。材料在 FDM工藝過程中經(jīng)過固體 2 液體 2 固體 2次相變。當材料凝固成形時 ,由材料收縮而產(chǎn)生的應力應變將影響成形件精度。若成形過程中的材料確定 ,該種誤差可通過在目前的數(shù)據(jù)處理軟件中 

7、;,設定 x, y, z這 3個方向上的“ 收縮補償因子 ” 進行尺寸補償來消除。(2) 噴頭溫度和成形室溫度。噴頭溫度決定了材料的粘結性能、 堆積性能、 絲材流量以及擠出絲寬度 ,既不可太低 ,使材料粘度加大 ,擠絲速度變慢 ,也不可太高 ,使材料偏向于液態(tài) ,粘性系數(shù)變小 ,流動性強 ,擠出過快 ,無法形成可精確控制的絲。噴頭溫度的設定應根據(jù)絲材的性質(zhì)在一定范圍內(nèi)選擇 ,以保證擠出的絲呈熔融流動狀態(tài)。成形室的溫度

8、會影響到成形件的熱應力大小 ,溫度過高 ,雖然有助于減少熱應力 ,但零件表面易起皺;而溫度太低,從噴嘴擠出的絲驟冷將使成形件熱應力增加 ,易引起零件翹曲變形。實驗證明 ,為了順利成形 ,應該把成形室的溫度設定為比擠出絲的溫度低 1 2 。本實驗將成形室溫度設定為 55 。(3) 分層厚度。是指在成形過程中每層切片截面的厚度。由于每層有一定厚度 ,會在成形后的實體表面產(chǎn)生臺階的現(xiàn)象 ,將直接影響成形后實體的尺寸誤差和表面粗糙度。對 FDM工藝

9、60;,這是一種原理性誤差 ,要完全消除臺階是不可能的,只可能通過設定較小的分層厚度來減少臺階效應。(4) 補償量。是指零件實際加工輪廓線與理想輪廓線之間的距離值。該值的設定與擠出絲的直徑有關 ,可以在分層切片數(shù)據(jù)處理軟件直接設定。(5) 擠出速度與填充速度及其交互作用。在與填充速度合理匹配范圍內(nèi) ,隨著擠出速度增大 ,擠出絲的截面寬度逐漸增加 ,當擠出速度增大到一定值擠出的絲粘附于噴嘴外圓錐面 ,就不能正常加工填充速度比擠出速度快 ,則材料填充不足 ,出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象 ,難以成形。相反&

10、#160;,填充速度比擠出速度慢 ,熔絲堆積在噴頭上 ,使成形面材料分布不均勻 ,表面會有疙瘩 ,影響造型質(zhì)量。因此 ,填充速度與擠出速度之間應在一個合理的范圍內(nèi)匹配,應滿足vj / vt = a1 , a2 (1式中: a1 為出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象的臨界值; a2 為出現(xiàn)粘附現(xiàn)象的臨界值; v為擠出速度; v 為填充速度。(6) 成形時間。每層的成形時間與填充速度該層的面積大小及形狀的復雜度有關。若層面積小 ,形狀簡單 ,填充速度快 ,則該層成形的時間就短相反 ,時間就長

11、。在加工時 ,控制好每層的成形時間 ,才能獲得精度較高的成形件。(7) 開啟和關閉延時。即絲材堆積的起停效應 ,主要是以絲材堆積截面的變化體現(xiàn)出來 ,這種堆積截面的不一致容易造成絲材堆積平面的不平整出現(xiàn)空洞等質(zhì)量缺陷。而“拉絲 ” 現(xiàn)象會影響到原型的表面光順和填充層層內(nèi)絲材堆積面的平整性它的根本解決需要出絲速度能夠?qū)崟r地藕合跟蹤掃描速度 ,針對掃描速度的變化作出相應的調(diào)整 ,以使絲材堆積平穩(wěn)可靠 ,提高絲材的堆積質(zhì)量。3.分析影響FDM 3D打印效率的關鍵因素？答：即打印方向、打印速度、退火溫度和退火時間。(1)&