熔融層積成型技術(shù)

快速成型技術(shù)是利用三維建模軟件快速生成模型和實(shí)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(jī)械加工等方法相比，更容易適應(yīng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(fù)雜的實(shí)體，而且成型的過程中無需模具的輔助。快速成型技術(shù)涉及到 CAD 技術(shù)、材料科學(xué)、數(shù)控技術(shù)、電子技術(shù)、機(jī)械工程和激光技術(shù)等多種領(lǐng)域，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從二維模型轉(zhuǎn)換為三維實(shí)體的一種制造方式。快速成型技術(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(shí)體制造工藝。

快速成型技術(shù)是由計(jì)算機(jī)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(jìn)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(jì)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(dòng)成型，從而得到一個(gè)三維物理模型。

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(gè)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(shí)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(gè)層面熔結(jié)在一起。一個(gè)層面沉積完成后，工作臺(tái)按預(yù)定的增量下降一個(gè)層的厚度，再繼續(xù)熔噴沉積，直至完成整個(gè)實(shí)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(huì)根據(jù)模型圖，一層一層移動(dòng)，同時(shí)FDM裝置的加熱頭會(huì)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(huì)沿著模型圖的表面移動(dòng)，將熱塑性材料擠壓出來，在該層中凝固形成輪廓。FDM 裝置會(huì)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(gè)3D打印模型的實(shí)體。打印完成的實(shí)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(shì)，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(diǎn)較低的材料，及低熔點(diǎn)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(duì)較低，因?yàn)槿廴诔练e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(xué)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(diǎn)：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(fù)雜外形曲面的模型件；可直接制作彩色的模型制件。當(dāng)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(qiáng)度比較薄弱，因?yàn)閿D出的絲材是在熔融狀態(tài)下進(jìn)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(qiáng)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(jì)并制作支撐結(jié)構(gòu)，同時(shí)在加工的過程中，需要對(duì)整個(gè)輪廓的截面進(jìn)行掃描和堆積，因此需要較長的成型時(shí)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(gè)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(yàn)與修復(fù)、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(duì)其表面和支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)處理的過程 。2100433B