熔融擠出成型(FDM)工藝的材料一般是熱塑性材料,如蠟、ABS、PC、尼龍等,以絲狀供料。材料在噴頭內(nèi)被加熱熔化。噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動(dòng),同時(shí)將熔化的材料擠出,材料迅速固化,并與周圍的材料粘結(jié)。每一個(gè)層片都是在上一層上堆積而成,上一層對(duì)當(dāng)前層起到定位和支撐的作用。隨著高度的增加,層片輪廓的面積和形狀都會(huì)發(fā)生變化,當(dāng)形狀發(fā)生較大的變化時(shí),上層輪廓就不能給當(dāng)前層提供充分的定位和支撐作用,這就需要設(shè)計(jì)一些輔助結(jié)構(gòu)-“支撐”,對(duì)后續(xù)層提供定位和支撐,以保證成形過(guò)程的順利實(shí)現(xiàn)。 這種工藝不用激光,使用、維護(hù)簡(jiǎn)單,成本較低。用蠟成形的零件原型,可以直接用于失蠟鑄造。用ABS制造的原型因具有較高強(qiáng)度而在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、測(cè)試與評(píng)估等方面得到廣泛應(yīng)用。近年來(lái)又開(kāi)發(fā)出PC,PC/ABS,PPSF等更高強(qiáng)度的成形材料,使得該工藝有可能直接制造功能性零件。由于這種工藝具有一些顯著優(yōu)點(diǎn),該工藝發(fā)展極為迅速,目前FDM系統(tǒng)在全球已安裝快速成形系統(tǒng)中的份額大約為30%適于三維打印機(jī)的特點(diǎn) 不使用激光,維護(hù)簡(jiǎn)單,成本低:價(jià)格是成型工藝是否適于三維打印的一個(gè)重要因素。多用于概念設(shè)計(jì)的三維打印機(jī)對(duì)原型精度和物理化學(xué)特性要求不高,便宜的價(jià)格是其能否推廣開(kāi)來(lái)的決定性因素。 塑料絲材,清潔,更換容易:與其他使用粉末和液態(tài)材料的工藝相比,絲材更加清潔,易于更換、保存,不會(huì)在設(shè)備中或附近形成粉末或液體污染。 后處理簡(jiǎn)單:僅需要幾分鐘到一刻鐘的時(shí)間剝離支撐后,原型即可使用。而現(xiàn)在應(yīng)用較多的SL,SLS,3DP等工藝均存在清理殘余液體和粉末的步驟,并且需要進(jìn)行后固化處理,需要額外的輔助設(shè)備。這些額外的后處理工序一是容易造成粉末或液體污染,二是增加了幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間,不能在成型完成后立刻使用。 成型速度較快:一般來(lái)講,F(xiàn)DM工藝相對(duì)于SL,SLS,3DP工藝來(lái)說(shuō),速度是比較慢的。但針對(duì)三維打印應(yīng)用,其也有一定的優(yōu)勢(shì)。首先,SL,SLS,3DP都有層間過(guò)程(鋪粉/液,掛平),因而它們一次成型多個(gè)原型是速度很快,例如3DP可以做到一小時(shí)成型25mm左右高度的原型。三維打印機(jī)成型空間小,一次多成型1至2個(gè)原型,相對(duì)來(lái)講,他們的速度優(yōu)點(diǎn)就不甚明顯了。其次三維打印機(jī)對(duì)原型強(qiáng)度要求不高,所以FDM工藝可通過(guò)減小原型密實(shí)程度的方法提高成型速度。通過(guò)我們的試驗(yàn),具有某些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的模型,最高成型速度已經(jīng)可以達(dá)到60立方厘米/小時(shí)。通過(guò)軟件優(yōu)化及技術(shù)進(jìn)步,我們預(yù)計(jì)可以達(dá)到200立方厘米/小時(shí)的高速度。快速塑料零件制造 材料性能一直是FDM工藝的主要優(yōu)點(diǎn),其ABS原型強(qiáng)度可以達(dá)到注塑零件的三分之一。今年來(lái)又發(fā)展出PC,PC/ABS,PPSF等材料,強(qiáng)度已經(jīng)接近或超過(guò)普通注塑零件,可在某些特定場(chǎng)合(試用,維修,暫時(shí)替換等)下直接使用。雖然直接金屬零件成型(近年來(lái)許多研究機(jī)構(gòu)和公司都在進(jìn)行這方面的研究,是當(dāng)今快速原型領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn))的材料性能更好,但在塑料零件領(lǐng)域,F(xiàn)DM工藝是一種非常適宜的快速制造方式。隨著材料性能和工藝水平的進(jìn)一步提高,我們相信,會(huì)有更多的FDM原型在各種場(chǎng)合直接使用。 目前,美國(guó)Stratasys公司,國(guó)內(nèi)北京殷華激光快速成形及模具技術(shù)有限公司,上海富奇凡機(jī)電科技有限公司也在生產(chǎn)FDM快速成型設(shè)備
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