3D打印加工實驗

1、實驗13D打印加工實驗一、實驗?zāi)康?了解FDM3打印工藝的成形原理；2熟悉FDM3D丁印機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及操作方法；3學(xué)習(xí)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FDM3D丁印機(jī)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(guān)鍵因素。三、實驗設(shè)備1. UP3打印機(jī)2. 去支撐用工具鉗、工具四、實驗原理旨、低x-y平FDM（FusedDepositionModeling中文全稱為熔融沉積成型3D打印技術(shù)，使用絲狀材料（塑料、樹熔點金屬）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(jī)的控制下，噴頭作面運(yùn)動，將熔融的材料涂覆在工作臺上，冷卻后形成

2、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6-1FDW維打印技術(shù)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(shè)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(jìn)行預(yù)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(yù)先置放隔層，噴頭擠出的線材直接在隔層上成形。FDM3D丁印技術(shù)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。缺點是精度較低、復(fù)雜構(gòu)件不易制造、零件懸

3、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(fù)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UP3D打印機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及操作方法，通過US嗷據(jù)線連接計算機(jī)和打印機(jī)，連接電源適配器圖6-2打印機(jī)線路連接3在控制軟件中選擇端口并連接打印機(jī)，將指導(dǎo)教師指定的標(biāo)準(zhǔn)零件模型、以及任選的個性化模型導(dǎo)入控制軟件;4選擇控制軟件中的位置”按鈕，對導(dǎo)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(dǎo)入及對中5對模型執(zhí)行切片操作，根據(jù)需要調(diào)整切片參數(shù)；6點擊運(yùn)行任務(wù)”按鈕，等打印機(jī)噴頭、底板溫度加熱到設(shè)置溫度

4、后，打印機(jī)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(guān)鍵因素；8記錄打印結(jié)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；10零件打印結(jié)束后，斷開打印機(jī)電源適配器，清潔打印噴頭及打印平臺，關(guān)閉計算機(jī)六、實驗數(shù)據(jù)記錄、模型數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)零件自選零件噴頭預(yù)熱時間（min）4.674.67平臺預(yù)熱時間（min）3.173.17零件尺寸(長？寬？高，mm)15mm*15mm*11mm切層厚度(mm)0.18m

5、m0.18mm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I.FDh三維打印技術(shù)的成形原理？答：快速成型技術(shù)是對零件的三維CAD®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

6、影響FDM3D丁印精度的關(guān)鍵因素？答：3D打印FDM術(shù)成形精度包括尺寸誤差、幾何誤差及表面粗糙度。在FDM勺3D打印機(jī)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FDMT藝過程中經(jīng)過固體2液體2固體2次相變。當(dāng)材料凝固成形時，由材料收縮而產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)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，設(shè)定x,y,z這3個方向上的收縮補(bǔ)償因子”進(jìn)行尺寸補(bǔ)償來消除。噴頭溫度和成形室溫度。噴頭溫度決定了材料的粘結(jié)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(qiáng)，擠

7、出過快，無法形成可精確控制的絲。噴頭溫度的設(shè)定應(yīng)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)。成形室的溫度會影響到成形件的熱應(yīng)力大小，溫度過高，雖然有助于減少熱應(yīng)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(yīng)力增加，易引起零件翹曲變形。實驗證明，為了順利成形，應(yīng)該把成形室的溫度設(shè)定為比擠出絲的溫度低C2C。本實驗將成形室溫度設(shè)定為55Co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FDMT藝，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(shè)定較小的

8、分層厚度來減少臺階效應(yīng)。(2) 補(bǔ)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(shè)定與擠出絲的直徑有關(guān)可以在分層切片數(shù)據(jù)處理軟件直接設(shè)定。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(dāng)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，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(yīng)在一個合理的范圍內(nèi)匹配,應(yīng)滿足vj/vt=al,a2(1式中：al為出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象的臨界值；

9、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。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(fù)雜度有關(guān)。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。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。開啟和關(guān)閉延時。即絲材堆積的起停效應(yīng)，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(yīng)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FDM3打印效率的關(guān)鍵因素？答：即打印方向、打印速度、退火溫度和退火時間。(1)產(chǎn)品最佳的打印