1.5 FDM成形設(shè)備《增材制造技術(shù)》教學(xué)課件

3D打印認(rèn)知與實(shí)踐1.5熔融沉積成形（FDM）成形設(shè)備FDM成形設(shè)備1.FDM系統(tǒng)組成FDM系統(tǒng)組成送絲系統(tǒng)加熱系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)擠出系統(tǒng)FDM成形設(shè)備1.FDM系統(tǒng)組成（1）送絲系統(tǒng)

送絲機(jī)構(gòu)的不僅僅是將絲材平穩(wěn)、可靠地輸送到擠出系統(tǒng)，它主要功能是為擠出提供推力，控制擠出速度。送絲機(jī)構(gòu)一般由由兩臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)相關(guān)輪齒構(gòu)成，示意圖及實(shí)物圖如圖6所示。通過(guò)控制齒輪的正反轉(zhuǎn)、停止及旋轉(zhuǎn)速度，可以控制噴頭進(jìn)料、出料，出絲速度。(圖片來(lái)源于創(chuàng)想三維）FDM成形設(shè)備1.FDM系統(tǒng)組成（2）加熱系統(tǒng)

FDM設(shè)備一般擁有兩套加熱系統(tǒng)，一套設(shè)置在噴嘴前端，用于將熱熔性材料快速加熱到熔融狀態(tài)。由于熱熔性材料的加熱溫度在200度左右，因此一般采用電阻加熱方法，如圖7所示；FDM設(shè)備的另一套加熱裝置為基板加熱或整個(gè)成形環(huán)境加熱，加熱溫度一般為30-60度，主要作用是減少零件變形，避免翹曲、開(kāi)裂等缺陷。(圖片來(lái)源于創(chuàng)想三維）FDM成形設(shè)備1.FDM系統(tǒng)組成（3）擠出系統(tǒng)

主要為噴嘴。FDM成形的原材料一般為直徑1~2mm的塑料絲材，在成形過(guò)程中一般單層厚度在0.16左右，所以需要將熔熔的材料加熱到200度后從直徑為0.2~0.5mm噴嘴擠出。擠出系統(tǒng)的示意圖及實(shí)物圖(圖片來(lái)源于創(chuàng)想三維）FDM成形設(shè)備1.FDM系統(tǒng)組成（4）運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)

FDM成形三維實(shí)體的過(guò)程是首先成形X/Y平面薄片，然后通過(guò)噴頭或基板在Z方向的移動(dòng)進(jìn)行下一個(gè)X/Y平面薄片成形。因此，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括X，Y，Z三個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)。不同F(xiàn)DM成形設(shè)備實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的方式有所不同，桌面級(jí)一般采用基板進(jìn)行X、Y平面運(yùn)動(dòng)，噴嘴進(jìn)行Z方向運(yùn)動(dòng)，示意圖及實(shí)物圖如圖7所示。目前FDM設(shè)備一般采用步進(jìn)電機(jī)控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、工作可靠、成本低是其主要特點(diǎn)。(圖片來(lái)源于創(chuàng)想三維）FDM成形設(shè)備2.FDM典形設(shè)備（1）3D打印筆

FDM典形設(shè)備包括3D打印筆、桌面級(jí)3D打印機(jī)以及工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)三種，是目前應(yīng)用最為廣泛的3D打印技術(shù)。

3D打印筆讓人立馬聯(lián)想到神筆馬良似乎有那么一點(diǎn)兒接近。這是一支可以在空氣中書(shū)寫(xiě)的筆，幫你把想象力從紙張上解放出來(lái)，是目前最為簡(jiǎn)單和廉價(jià)的3D打印工具。

桌面級(jí)fdm價(jià)格一般在1000-3000元左右，成形零件尺寸在250*250*300mm左右，能夠滿足普通人DIY和學(xué)生學(xué)習(xí)的基本需求，是一般學(xué)校教學(xué)、個(gè)人研究的主要設(shè)備。下面介紹的產(chǎn)品為創(chuàng)想三維的Ender-3。FDM成形設(shè)備2.FDM典形設(shè)備（2）桌面級(jí)fdm打印機(jī)

與桌面級(jí)FDM設(shè)備不同，工業(yè)級(jí)的FDM設(shè)備可以將3D打印技術(shù)與生產(chǎn)級(jí)熱塑性塑料結(jié)合，快速成形具有較高尺寸精度和可重復(fù)性的高強(qiáng)度、耐用、尺寸穩(wěn)定的部件，用于航天、醫(yī)療、汽車、電子和其他的專業(yè)應(yīng)用。FDM打印機(jī)使用最常用的熱塑性塑料制造零件，如ABS、聚碳酸酯、各種共混物，以及的工程熱塑性塑料。FDM成形設(shè)備2.FDM典形設(shè)備（3）工業(yè)級(jí)fdm打印機(jī)名稱范圍構(gòu)建尺寸406x355x406毫米

雙噴頭成形速度

系統(tǒng)尺寸/1270x901.7x1984毫米重量601kg零件精確度生產(chǎn)部件精確度在以下范圍內(nèi)：±0.127毫米或±0.0015毫米/毫米，以較高者為準(zhǔn)材料選擇ABS-M30ABS-M30iABS-ESD7Antero800NAASAPC-ISOPCPC-ABSFDMNylon12FDMNylon12CFST-130（可融材料）ULTEM9085樹(shù)脂ULTEM1010樹(shù)脂

打印參數(shù)對(duì)3D打印最終零件質(zhì)量至關(guān)重要，需要根據(jù)絲材種類、絲材質(zhì)量、打印零件質(zhì)量要求、打印周期、打印難度等綜合調(diào)整，最終達(dá)到打印零件質(zhì)量、打印成功率、打印時(shí)間之間的平衡。

FDM成形過(guò)程中影響打印零件質(zhì)量的參數(shù)較多，大體可以分為圖8所示幾個(gè)方向，其中最常用的參數(shù)包括層高、噴嘴溫度、擠出速度、填充比例等。圖8打印參數(shù)設(shè)置圖9層厚設(shè)備FDM成形設(shè)備3.FDM成形工藝參數(shù)

厚高是指將三維數(shù)據(jù)模形進(jìn)行切片時(shí)單層高度，也是3D打印設(shè)備每次Z軸上升的高度，以mm為單位，正常層厚在0.2mm左右。層厚較大時(shí)，模型分辨率降低，零件表面會(huì)有明顯的臺(tái)階，但成形時(shí)間較短；分層厚度較小時(shí)，零件成形精度和表面質(zhì)量會(huì)更好，成形時(shí)間也就較長(zhǎng)。FDM成形設(shè)備3.FDM成形工藝參數(shù)（1）厚高

與其他材料成形方法不同，3D打印成形過(guò)程中可以選擇不同的密度，零件內(nèi)部可以選擇中空或網(wǎng)格，零件表面完全填充，從而縮短成形周期，實(shí)現(xiàn)材料利用最大化；零件內(nèi)部的填充圖案根據(jù)強(qiáng)度要求可以選擇網(wǎng)格、三角形、正方形等形狀。對(duì)于無(wú)特色要求零件，可以選擇填充密度20%，填充圖案為立方體。FDM成形設(shè)備3.FDM成形工藝參數(shù)（2）填充比例及填充圖案

溫度升高，熱塑性材料流動(dòng)性增強(qiáng)、粘結(jié)性好，收縮性也大；噴嘴溫度主要與打印材料的種類和性能相關(guān)，不同廠家及顏色的材料最佳成形溫度也有一定區(qū)別，需要操作者根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行微調(diào)。打印平臺(tái)溫度主要減少零件成形過(guò)程中變形和翹曲，成形小型零件可以不加熱打印平臺(tái)，大型零件和變形較大零件都要進(jìn)行打印平臺(tái)加熱。FDM成形設(shè)備3.FDM成形工藝參數(shù)（3）噴嘴及打印平臺(tái)溫度

絲材擠出速度是絲材從噴嘴中擠出時(shí)的速度。在保證運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)的前提下，填充速度越快，成形時(shí)間越短，效率越高。FDM成形設(shè)備3.FDM成形工藝參數(shù)（4）打印速度

FDM成形零件過(guò)程中，一般情況下懸垂角度大于45°的部分都必須使用支撐結(jié)構(gòu)，否者打印過(guò)程中可能出現(xiàn)塌陷現(xiàn)象。一般在零件的底部也設(shè)計(jì)支撐，方便零件打印后從打印平臺(tái)上取下。FDM成形設(shè)備3.FDM成形工藝參數(shù)（5）支撐設(shè)置

Creality3D，中文名創(chuàng)想三維，一家主打海外市場(chǎng)的新興國(guó)產(chǎn)3D打印機(jī)供應(yīng)商，攜多款FDM、樹(shù)脂3D打印機(jī)以及3D掃描儀在展會(huì)上吸引了大量圍觀人群。4.桌面級(jí)FDM設(shè)備FDM成形設(shè)備（1）Ender-7

Ender系列打印在國(guó)外的普及率相當(dāng)高，新的Ender-7在打印速度上取得了新突破，正常打印速度可達(dá)250mm/s，在保持精度和質(zhì)量的同時(shí)，還能讓人享受到高速制造的好處。打印機(jī)構(gòu)建尺寸為250×250×300mm，配有高精度直線導(dǎo)軌，Core-XY結(jié)構(gòu)，定制化大容量噴頭和大功率電機(jī)，高速冷卻風(fēng)扇，高效運(yùn)行控制算法和極簡(jiǎn)美學(xué)設(shè)計(jì)，吸引了大批參展人群圍觀。機(jī)器海外售價(jià)739英鎊（約6452元人民幣）。4.桌面級(jí)FDM設(shè)備FDM成形設(shè)備（2）Ender-3

V2

Ender-3是Creality的熱銷型號(hào)，在2020年，創(chuàng)想三維將這款打印機(jī)進(jìn)行了升級(jí)，包括32位主板、靜音步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、更清潔的外觀和設(shè)計(jì)，以及許多其他更小的觸摸設(shè)計(jì)。打印機(jī)一如既往地使用了碳化硅玻璃平臺(tái)，并在擠出機(jī)上增加了一個(gè)方便操作的旋鈕，還在熱床下增加了工具箱，更方便使用習(xí)慣。CrealityEnder-3V2構(gòu)建尺寸為220×220×250mm，還將之前的屏幕變成了4.3英寸高清彩屏，此外，這種彩色屏幕可以輕松拆卸維修，節(jié)省大量時(shí)間和精力。機(jī)器海外售價(jià)255英鎊（約2226元人民幣）。4.桌面級(jí)FDM設(shè)備FDM成形設(shè)備（3）CR-200B

這是一款全封閉式結(jié)構(gòu)的FDM消費(fèi)級(jí)打印機(jī)，在2021年2月底推出，具有200×200×200mm的構(gòu)建體積。除了標(biāo)配的透明腔體，Creality還配置了多色、多款可選結(jié)構(gòu)。另外，機(jī)器配備了寬壓電源、新型噴嘴套件以及雙風(fēng)扇環(huán)境，保證良好的打印質(zhì)量，以及大尺寸彩色觸摸屏。打印機(jī)可以遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)控制，以及智能傳感器進(jìn)行斷料檢測(cè)。目前，英國(guó)海外售價(jià)479英鎊（約4182元人民幣）。4.桌面級(jí)FDM設(shè)備FDM成形設(shè)備（4）CR-6SE

CR-6SE是創(chuàng)想三維第一臺(tái)免調(diào)平3D打印機(jī)，甫一問(wèn)世就獲得了超過(guò)430萬(wàn)美元的資金和Kickstarter上10萬(wàn)多的支持者。機(jī)器可構(gòu)建235×235×250mm的體積，采用模塊化噴嘴設(shè)計(jì)以及STM32F103RET6芯片組的靜音Trinamic控制器和靜音散熱風(fēng)扇，碳化硅玻璃溫床平臺(tái)，雙Z軸設(shè)計(jì)且重量?jī)H9.2kg。機(jī)器利用Phtoelectricfilamentsensor確保打印流暢，以及4.3英寸高清彩色LCD觸摸屏。機(jī)器海外售價(jià)375英鎊（約3274元人民幣）。4.桌面級(jí)FDM設(shè)備FDM成形設(shè)備（5）CR-10

SMART

這款打印機(jī)內(nèi)置WiFi功能，低功耗，自動(dòng)調(diào)平，雙Z軸+雙對(duì)角拉桿，4.3英寸全視角觸摸屏和模塊化結(jié)構(gòu)，使得打印機(jī)變得更加智能，因此而得名。機(jī)器能夠使用CrealityCloudAPP進(jìn)行3D切片以及遠(yuǎn)程控制，還具有自動(dòng)關(guān)機(jī)模式，打印尺寸為300×300×400mm。海外售價(jià)419英鎊（約3658元人民幣）。4.桌面級(jí)FDM設(shè)備FDM成形設(shè)備（6）CR-30（3DPrintMill）

這款打印機(jī)具有無(wú)線長(zhǎng)的打印尺寸和批量打印特點(diǎn)，能夠節(jié)省用戶的時(shí)間成本。機(jī)器在2021年3月發(fā)貨，打印尺寸為200×170×∞mm，配有可拆卸擴(kuò)展支架，防止模型在打印過(guò)程中掉落。打印機(jī)使用了Core-XY結(jié)構(gòu)，滾動(dòng)傳送帶，以及機(jī)器適配的獨(dú)家切片軟件。這款打印機(jī)還具有智能斷絲檢測(cè)器，智能斷電保護(hù)裝置。海外售價(jià)為915英鎊（約7989元人民幣）。

FDM研究現(xiàn)狀目前國(guó)外研究這種工藝的公司主要有MakerBot公司、Stratasys公司、3D

Systems公司、以色列的Object公司等。其中Stratasys公司處于領(lǐng)導(dǎo)者的位置，在1993年就推出了世界上第一臺(tái)商業(yè)化機(jī)型FDM-16-50快速成型機(jī)，此后又推出了該型號(hào)的系列產(chǎn)品。5.工業(yè)級(jí)FDM設(shè)備FDM成形設(shè)備

它可根據(jù)您的CAD文件制造出堅(jiān)固耐用的零件。這些零件非常堅(jiān)固，可用作先進(jìn)的概念模型、功能性原型、制造工具和生產(chǎn)部件。工程師只需要加載不同文件和材料就可以生產(chǎn)出各種產(chǎn)品