熔融沉積成型

熔融沉積成型是指由美國學者 Dr. Scott Crump 于 1988 年研制成功的工藝。它是一種不使用激光器加工的方法。其原理:噴頭在計算機控制下作 x- y 聯(lián)動及 z 向運動,絲材在噴頭中被加熱到溫度略高于其熔點,通過帶有一個微細噴嘴的噴頭擠噴出來。 

熔融沉積成型基本信息

中文名 熔融沉積成型 外文名 (Fused deposition modeling
別????名 FFF 熔絲制造 領(lǐng)????域 3D打印
定????義 一種將各種熱熔性的絲狀材料 有關(guān)術(shù)語 快速成型

FDM 工藝是利用熱塑性材料的熱熔性、粘結(jié)性,在 PLC 控制下逐層堆積成型。熔融沉積成型工藝原理,如圖1所示。成型材料和支撐材料由供絲機構(gòu)送至各自對應(yīng)的噴頭,并在噴頭中加熱至熔融態(tài)。加熱噴頭在控制系統(tǒng)指令下沿著零件截面輪廓和內(nèi)部軌跡運動,同時將半流動狀態(tài)的熱熔材料擠出,粘稠狀的成型材料和支撐材料被選擇性地涂覆在工作臺上,迅速固化后形成截面輪廓。當前層成型后,噴頭上升特定高度再進行下一層的涂覆,層層堆積形成三維產(chǎn)品。

熔融沉積快速成型技術(shù)已經(jīng)基本成熟,大多數(shù) FDM 設(shè)備具備以下特點:(1)設(shè)備以數(shù)控方式工作,剛性好,運行平穩(wěn);(2)X、Y 軸采用精密伺服電機驅(qū)動,精密滾珠絲杠傳動;(3)實體內(nèi)部以網(wǎng)格路徑填充,使原型表面質(zhì)量更高;(4)可以對 STL 格式文件實現(xiàn)自動檢驗和修補;(5)絲材寬度自動補償,保證零件精度;(6)擠壓噴射噴頭無流涎、高響應(yīng);(7)精密微泵增壓系統(tǒng)控制的遠程送絲機構(gòu),確保送絲過程持續(xù)和穩(wěn)定 。

熔融沉積成型技術(shù)不采用激光,因而這種儀器的使用、維護比較便捷,成本不高。用蠟成型的零件模型,能夠用于石蠟鑄造;利用 PLA、ABS 成型的模型具有較高的強度,可以直接用于產(chǎn)品的測試和評估等。近年來又開發(fā)出 PPSF、PC等高強度的材料,可以利用上述材料制造出功能性零件或產(chǎn)品。鑒于 FDM 技術(shù)的很多優(yōu)點,所以該技術(shù)在取得了快速發(fā)展。

由于采用熔融沉積成型工藝的成型件是利用熔融狀態(tài)下的絲材在工作空間中層層堆積而成,因此在構(gòu)建模型時,通常需要設(shè)計輔助支撐結(jié)構(gòu)。美國 Stratasys 公司隨機附有產(chǎn)生支撐結(jié)構(gòu)的切片軟件,而且可以把水溶性絲材當作支撐結(jié)構(gòu)的材料,當模型加工完畢后,只需要通過水洗處理,就可以快速便捷的去掉支撐結(jié)構(gòu),這在很大程度上簡化了熔融沉積成型技術(shù)的后處理過程,優(yōu)化了制件的表面精度。

熔融沉積成型技術(shù)所用的成型材料一般為熱塑性材料,常見的有 PLA、ABS、尼龍等。其工藝原理是成型材料和支撐材料通過送絲機構(gòu)送進相應(yīng)的噴嘴,在噴嘴內(nèi)被加熱至熔融狀態(tài),噴嘴通過成型系統(tǒng)的控制,根據(jù)提前設(shè)定的輪廓信息和填充軌跡做平面運動,而且經(jīng)由噴嘴擠出的材料均勻地平鋪在每一層截面輪廓上,此時被擠出的絲材在短時間內(nèi)快速冷卻,并和上一層固化的材料粘連在一起,層層堆積,最終生成所需的實體零件。

熔融沉積成型造價信息

市場價 信息價 詢價
材料名稱 規(guī)格/型號 市場價
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工程建議價
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行情 品牌 單位 稅率 供應(yīng)商 報價日期
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行情 品牌 單位 稅率 地區(qū)/時間
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材料名稱 規(guī)格/需求量 報價數(shù) 最新報價
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供應(yīng)商 報價地區(qū) 最新報價時間
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熔融沉積成型技術(shù)之所以能夠得到廣泛應(yīng)用,主要是由于其具有其他快速成型工藝所不具備的優(yōu)勢,具體表現(xiàn)為以下幾方面:

  1. 成型材料廣泛熔融沉積成型技術(shù)所應(yīng)用的材料種類很多,主要有PLA、ABS、尼龍、石蠟、鑄蠟、人造橡膠等熔點較低的材料,及低熔點金屬、陶瓷等絲材,這可以用來制作金屬材料的模型件或 PLA 塑料、尼龍等零部件和產(chǎn)品。

  2. 成本相對較低,因為熔融沉積成型技術(shù)不使用激光,與其他使用激光器的快速成型技術(shù)相比較而言,它的制作成本很低;除此之外,其原材料利用率很高并且?guī)缀醪划a(chǎn)生任何污染,而且在成型過程中沒有化學變化的發(fā)生,在很大程度上降低了成型成本。

  3. 后處理過程比較簡單,熔融沉積成型技術(shù)所采用的支撐結(jié)構(gòu)很容易去除,尤其是模型的變形比較微小,原型制件的支撐結(jié)構(gòu)只需要經(jīng)過簡單的剝離就能直接使用。出現(xiàn)的水溶性支撐材料使支撐結(jié)構(gòu)更易剝離。

此外,熔融沉積成型技術(shù)還有以下優(yōu)點:用石蠟成型的制件,能夠快速直接地用于失蠟鑄造;能制造任意復雜外形曲面的模型件;可直接制作彩色的模型制件。當然,和其他快速成型工藝相比較而言,熔融沉積成型技術(shù)在以下方面還存在一定的不足:

  1. 只適用于中小型模型件的制作

  2. 成型零件的表面條紋比較明顯

  3. 厚度方向的結(jié)構(gòu)強度比較薄弱,因為擠出的絲材是在熔融狀態(tài)下進行層層堆積,而相鄰截面輪廓層之間的粘結(jié)力是有限的,所以成型制件在厚度方向上的結(jié)構(gòu)強度較弱。

  4. 成型速度慢、成型效率低

在成型加工前,由于熔融沉積成型技術(shù)需要設(shè)計并制作支撐結(jié)構(gòu),同時在加工的過程中,需要對整個輪廓的截面進行掃描和堆積,因此需要較長的成型時間。熔融沉積成型工藝包括前處理、成型加工過程和后處理三個部分,前處理主要包括零件的三維建模、模型切片處理、切片文件的校驗與修復、模型擺放位置的確定以及加工參數(shù)的確定;成型加工過程是指零件被加工制造的階段;后處理是指零件加工完成后,為了滿足使用工況需求,對其表面和支撐結(jié)構(gòu)進行修復處理的過程 。2100433B

熔融沉積成型,(Fused deposition modeling, FDM),是一種將各種熱熔性的絲狀材料(蠟、ABS和尼龍等)加熱熔化成形的方法,是3D打印技術(shù)的一種。 又可被稱為FFM 熔絲成型 (Fused Filament Modeling) 或FFF 熔絲制造 (Fused Filament Fabrication),其后兩個不同名詞主要只是為了避開前者FDM專利問題,然而核心技術(shù)原理與應(yīng)用其實均是相同的。熱熔性材料的溫度始終稍高于固化溫度,而成型的部分溫度稍低于固化溫度。熱熔性材料擠噴出噴嘴后,隨即與前一個層面熔結(jié)在一起。一個層面沉積完成后,工作臺按預定的增量下降一個層的厚度,再繼續(xù)熔噴沉積,直至完成整個實體零件 。

先用CAD軟件建構(gòu)出物體的3D立體模型圖,將物體模型圖輸入到FDM的裝置。FDM裝置的噴嘴就會根據(jù)模型圖,一層一層移動,同時FDM裝置的加熱頭會注入熱塑性材料(ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)樹脂、聚碳酸脂、PPSF(聚苯砜)樹酯、聚乳酸和聚醚酰亞胺等)。材料被加熱到半液體狀態(tài)后,在電腦的控制下,F(xiàn)DM裝置的噴嘴就會沿著模型圖的表面移動,將熱塑性材料擠壓出來,在該層中凝固形成輪廓。FDM 裝置會使用兩種材料來執(zhí)行打印的工作,分別是用于構(gòu)成成品的建模材料和用作支架的支撐材料,透過噴嘴垂直升降,材料層層堆積凝固后,就能由下而上形成一個3D打印模型的實體。打印完成的實體,就能開始最后的步驟,剝除固定在零件或模型外部的支撐材料或用特殊溶液將其溶解,即可使用該零件了。

熔融沉積成型常見問題

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快速成型技術(shù)是利用三維建模軟件快速生成模型和實體零件的技術(shù)總稱。它是一種新穎的零件制造方式,應(yīng)用層層堆積、增材制造的手段生產(chǎn)加工零件。3D打印與傳統(tǒng)的鑄造、機械加工等方法相比,更容易適應(yīng)產(chǎn)品設(shè)計的變化,縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期。依靠此技術(shù)可以生成非常復雜的實體,而且成型的過程中無需模具的輔助??焖俪尚图夹g(shù)涉及到 CAD 技術(shù)、材料科學、數(shù)控技術(shù)、電子技術(shù)、機械工程和激光技術(shù)等多種領(lǐng)域,是實現(xiàn)產(chǎn)品從二維模型轉(zhuǎn)換為三維實體的一種制造方式??焖俪尚图夹g(shù)有很多種成熟的工藝方法,如熔融沉積成型制造工藝、光固化快速成型工藝、激光燒結(jié)工藝、疊層實體制造工藝。

快速成型技術(shù)是由計算機利用三維建模軟件構(gòu)建三維模型,隨后依據(jù)工藝規(guī)劃,將建立的模型分散成一系列有序的二維單元,一般在 Z 向根據(jù)厚度要求首先進行分層,把三維模型分離成一系列的二維切片,然后根據(jù)每一層的輪廓信息,輸入設(shè)計的加工參數(shù),生成加工程序,最后經(jīng)由快速成型系統(tǒng)將零件自動成型,從而得到一個三維物理模型。

熔融沉積成型文獻

熔融沉積快速成型系統(tǒng)噴頭應(yīng)用現(xiàn)狀分析 熔融沉積快速成型系統(tǒng)噴頭應(yīng)用現(xiàn)狀分析

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評分: 4.5

介紹熔融沉積快速成型系統(tǒng)的特點及所用噴頭的工作原理,分析比較柱塞式噴頭、螺桿式噴頭和螺桿式擠出塑化雙噴頭的特點,并介紹國內(nèi)外熔融沉積快速成型設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)狀及研究進展,提出了開發(fā)雙噴頭的難點所在。

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玻璃熔融成型裝置 玻璃熔融成型裝置

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申請?zhí)枺篊N201620339153.3申請日:2016.04.21公開號:CN205917165U公開13:2017.02.01 申請(專利權(quán))人:中國建材國際工程集團有限公司本實用新型公開了玻璃熔融成型裝置,包括玻璃熔池、刀狀成型體、冷卻管、退火箱以及牽引輥,所述刀狀成型體豎直設(shè)置所述玻璃熔池內(nèi)并將所述玻璃熔池分割為兩部分,至少兩個冷卻管設(shè)置在所述刀狀成型體的刀口兩側(cè),所述刀口的上方依次設(shè)置退火箱以及牽引輥,所述退火箱用于退火處理,所述牽引輥用于提供牽引動力。本實用新型具有工藝簡單、高效以及良品率高的優(yōu)點。

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絲狀材料選擇性熔覆

熔融擠出成型

Scott Crump在1988年提出了Fused Deposition Modeling(FDM)的思想,1992年由美國Stratasys公司開發(fā)推出了第一臺商業(yè)機型3D-Modeler。

工藝過程:

(1)材料

一般是熱塑性材料,如蠟、ABS、尼龍等。以絲狀供料。

(2)絲狀材料傳輸

送絲機構(gòu)

(3)材料加熱(技術(shù)關(guān)鍵)

電阻式加熱器:噴出的熱熔性材料溫度高于固化溫度(通常控制在比凝固溫度高1℃),而成型部分的溫度稍低于固化溫度。

(4)每層厚度

一般為0.25-0.75mm

系統(tǒng)組成硬件系統(tǒng)

機械系統(tǒng)(運動、噴頭、成型室、材料室、控制室和電源室等單元),相互獨立,不同設(shè)計

電器運動控制溫度控制(成型噴嘴、支撐噴嘴、成型室的溫度都)

軟件系統(tǒng)

幾何建模

信息處理:STL文件處理(STL文件錯誤數(shù)據(jù)與檢驗與修復),工藝處理(層片文件身材高恒、填充線計算) ,數(shù)控(數(shù)控代碼身生成和對成型機的控制),圖形顯示等模塊。

供料系統(tǒng)

2mm絲材;

要求:低的凝固收縮率、陡的粘度-溫度曲線和一定的強度、硬度、柔韌性等。

主要特點

(1)采用熱熔擠壓頭的專利,整個系統(tǒng)構(gòu)造原理和操作簡單,維護成本低,系統(tǒng)運行安全;

(2)成型速度快,不需要SLA中的刮板再加工工序,系統(tǒng)校準為自動控制;

(3)用蠟成型的零件,可直接用于熔模鑄造;

(4)可以成型任意復雜程度的零件,常用于具有很復雜的內(nèi)腔、孔 等零件;

(5)成型材料廣泛,主要是石蠟、ABS、人造橡膠、鑄蠟和聚酯熱塑料等低熔點材料和低熔點金屬、陶瓷等的線材或粉料。

(6)原材料利用率高,且材料壽命長;

(7)支撐去除簡單,無需化學清洗,分離容易;

(8)成本低,F(xiàn)DM工藝不用激光器件,因此使用、維護簡單,成本較低;原材料的利用率高無污染。

(1)只適用于中、小型塑料件;

(2)成型件的表面有較明顯的條紋,需后處理,不如SLA成型件好;

(3)成型件軸方向的強度比較弱;

(4)需設(shè)計、制作支撐結(jié)構(gòu);

(5)需要對整個截面進行掃描涂覆,成型時間較長;

(6)原材料價格昂貴(250-458RMB/kg) 。

別稱:熔融沉積制造

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