熔融沉积成型(FDM)是最著名的增材制造工艺之一。它的成功首先归功于所谓的简单工艺技术。FDM 3D打印机是桌面3D打印机中最受欢迎的机型之一。

现在,在几乎所有的爱好工作室以及创客场景中都可以找到它们。作为一种增材制造工艺,FDM 3D打印也是现有最古老的3D打印技术之一,与立体光刻和选择性激光烧结(SLS)并列。熔融沉积造型可用于加工技术塑料,但也可用于加工复合材料–即塑料复合材料–和其他特殊材料。FDM打印部件的使用范围从汽车、航空和航天工业的工业应用到食品和医疗部门。

熔融沉积成型(FDM)是什么?

熔融沉积成型(FDM)是一种增材制造工艺,用于低成本地生产原型,主要由ABS、PEI或PC等塑料制成。FDM 3D打印的基础是所谓的长丝。这些是塑料纤维,被卷成一卷。在熔融沉积模型制作过程中,这种长丝通过一个喷嘴(也称为挤出机)进行打印。长丝在挤出机内熔化,这样这条细长的材料就可以沉积在建筑平台上。一旦挤出机成功挤出一层长丝,构建平台就会降低一层厚度,就可以应用新的长丝层。这个过程重复进行,直到完成所需的对象。

FDM技术从何而来?

FDM 3D打印的开始可以追溯到20世纪80年代末。当时,美国人斯科特-克兰普用蜡和塑料的混合物进行了首次尝试。他用热胶枪挤出混合物,为女儿做了一个玩具。这个玩具并没有特别对得起这个名字,但克朗普认识到这个方法背后的潜力,并开始努力使其自动化。他将热胶枪安装在一个可以在所有三个方向维度–X、Y和Z–移动的仪器上。1989年,他为这项技术申请了第一个专利,这项技术后来被称为 “熔融沉积模型”,在全世界广为人知。在他的专利被授予后不久,他创立了Stratasys公司,该公司仍然是世界领先的增材制造公司之一。

FDM用于3D打印的优势是什么?

FDM 3D打印的最大优势是工艺简单,材料成本低。与基于激光或紫外光的加工技术相比,使用挤出机加工塑料是相对容易设置的。因此,FDM 3D打印机比其他增材制造技术要便宜得多,而且在家里也可以作为桌面打印机广泛使用,因为既不需要激光也不需要化学品来固化部件。FDM工艺的材料组合提供了不同长丝塑料的广泛选择,如聚乳酸(PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)和聚苯砜(PPSF)。

在FDM工艺发明后的四十年里,这些材料得到了进一步的发展,工艺技术本身也得到了发展。因此,价格低廉的长丝已经为3D打印进行了优化。与其他3D打印技术不同的是,FDM工艺可以在打印过程中中断,以便将其他材料(如金属)纳入部件。

哪些材料可以用FDM打印?

FDM 3D打印最常见的材料是各种塑料–从ABS或PLA等固体稳定塑料到TPE等柔性材料。除塑料外,金属、陶瓷和树脂也可以用FDM打印。在建筑业,基于FDM的工艺正日益确立自己的地位,其中使用挤出机打印混凝土。这使得整个房屋可以在短短几天内完成3D打印。此外,FDM工艺也可用于加工蜡和3D打印模型,用于金属投资铸造。在更多的实验研究中,食品甚至是有机组织材料已经用FDM打印出来了。

FDM 3D打印的变体有哪些?

直角坐标打印机是FDM 3D打印机最常见的变种之一。在这些打印机中,X、Y和Z轴分别由各自的电机控制。通常,这类模型的Y轴是由一个可移动的构建平台映射的。X轴对应的是连接挤出机头的滑块,Z轴由齿形皮带或螺纹轴控制。这些笛卡尔模型特别容易建立和维护,但在更高的高度会变得不精确。

另一个变体是笛卡尔打印机的一种特殊形式。所谓的CoreXY打印机的挤出机通过两个轴定位在X和Y方向,而不是一个可移动的构建平台。这样可以提高印刷速度,同时减少振动。

最后一个值得一提的变体是所谓的delta FDM打印机。有了这些,挤出机由三个垂直杆控制,通过轨道或齿形皮带系统移动。挤出机自由地悬挂在静态构建平台上,在一个虚拟的圆柱形构建空间中构建部件。使用这种打印机的变体,可以高速、高精度地填充非常大的构建空间。

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