fdm工艺，FDM打印机？
熔融沉积快速成型技术（FDM）是一种常见的3D打印技术，它使用热塑性材料，如ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）或PLA（聚乳酸），通过将材料加热到熔点，然后通过喷嘴将材料挤出来，逐层堆叠以形成所需形状。 FDM技术的工作原理是将材料从一个卷轴中拉出，然后通过加热软化材料，将其挤出到一个移动平台上。平台会根据设计的模型移动，喷嘴也会随之移动，将材料挤出到正确的位置。一旦一层完成，平台就会向下移动，开始下一层的打印。 FDM技术的优点是成本低，易于使用，可以使用多种材料，包括柔软的材料和强度高的材料。缺点是打印速度较慢，表面质量较差，需要进行后处理，如打磨和涂漆。 总的来说，FDM技术是一种广泛使用的3D打印技术，可以用于制造各种物品，从原型到最终产品。
Fused Deposition Modeling (FDM) is a widely used rapid prototyping technology, following the development of Stereolithography and Laminated Object Manufacturing. It is one of the earliest open-source 3D printing technologies. The FDM manufacturing system developed by Stratasys in the United States is the most widely used in this field. Since the development of the first FDM1650 model in 1993, Stratasys has introduced several models, including FDM2000, FDM3000, FDM8000, and the impressive FDM Quantum model released in 1998, which has a maximum molding volume of 600mm×500mm×600mm. Tsinghua University in China has also conducted research on the commercialization of FDM technology and has launched the MME250 extrusion manufacturing equipment.
- 熔融沉积快速成型（Melt Deposition Rapid Prototyping，MDRP）是一种快速成型技术，其基本原理是通过高能量的激光束或电子束将金属粉末或线材加热至熔化状态，然后将其沉积在工件表面上，通过不断重复这个过程，逐层堆积形成所需的三维结构。整个过程中，金属粉末或线材的熔化和沉积是在惰性气氛下进行的，以避免氧化和污染。该技术具有成型速度快、制造精度高、材料利用率高等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械等领域。
熔融沉积是一种制造工艺，它使用丝状的热熔性材料，通过带有微细喷嘴的喷头进行挤喷，形成一个层面沉积。喷头可以沿着X轴方向移动，而工作台则沿Y轴方向移动。在制造过程中，热熔性材料的温度始终保持稍高于固化温度，而成型部分的温度稍低于固化温度，这样就能保证热熔性材料喷出喷嘴后，即与前一层面熔结在一起。完成一个层面沉积后，工作台按预定的增量下降一个层的厚度，再继续熔喷沉积，直至完成整个实体造型。
将原材料缠绕在供料棍上，然后通过电机驱动棍子旋转，丝材就会被送进喷头的出口。为了确保丝材能够准确地送到喷头内腔，供料棍与喷头之间设置了一个导向套，这个导向套采用低摩擦材料制成。喷头前端有一个电阻丝式加热器，它能够将丝材加热熔融。不同种类的丝材需要不同的温度，例如熔模铸造蜡丝的熔融温度为74℃，机加工蜡丝的熔融温度为96℃，聚烯烃树脂丝为106℃，聚酰胺丝为155℃，ABS塑料丝为270℃。加热后的丝材通过出口涂覆到工作台上，并在冷却后形成界面轮廓。由于加热器功率的限制，丝材一般为熔点不太高的热塑性塑料或蜡。丝材熔融沉积的层厚随喷头的运动速度而变化，通常层厚为0.15～0.25mm。喷头的最大送料速度为10～25mm/s，推荐速度为5～18mm/s，最高速度为380mm/s。为了确保丝材能够顺利地送到喷头内腔，供料棍与喷头之间的导向套采用低摩擦材料制成。
为了在原型制作时节省材料成本和提高沉积效率，熔融沉积快速成型工艺采用了双喷头。其中一个喷头用于沉积模型材料，另一个喷头用于沉积支撑材料。相比于模型材料，支撑材料丝较粗且成本较低，沉积效率也较高。此外，双喷头还具有灵活性，可以选择具有特殊性能的支撑材料，以便于后处理过程中支撑材料的去除，如水溶材料、低于模型材料熔点的热熔材料等。这种双喷头的设计不仅可以提高沉积效率，降低成本，还可以更好地满足后续处理的需求。
ABS和PLA是FDM 3D打印技术中最常用的材料。ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯共聚而成的材料，而PLA是一种生物降解塑料聚乳酸。
(1)ABS塑料
ABS塑料是一种综合性能优良的塑料，具有出色的强度、柔韧性和机械加工性能，同时还具有更高的耐温性。因此，ABS塑料成为工程机械零部件的首选塑料。
虽然ABS塑料具有优异的强度和耐用性，但其缺点也不容忽视。在3D打印过程中，ABS塑料会散发出刺鼻的气味，这对于使用者的健康有一定影响。此外，ABS塑料的冷收缩性也是一个问题，因为在打印过程中，模型很容易与打印平台分离，导致打印失败。
(2)PLA塑料
目前，PLA塑料是桌面式3D打印机最受欢迎的材料之一。它是一种生物可降解材料，由可再生的植物资源(如玉米)中提取的淀粉原料制成。
2.熔融沉积工艺的特点
FDM技术具有许多优点，例如材料利用率高、可选材料种类多、工艺简单等。此外，它可以进行彩色成型，成型实物强度高。然而，FDM技术也存在一些缺点，例如精度低、复杂构件难以制造、悬臂件需要加支撑等。此外，成型后表面也比较粗糙。FDM技术适合于产品的概念建模和形状、功能测试，但不适合制造大型零件和中等复杂程度的中小型原型。
(1)优点
1)系统的构造原理简单，操作容易，维护成本低，同时系统的运行也非常安全。
可以采用无害的原材料，设备系统可以在办公室内安装使用。
通过使用蜡模具制作的零件原型，可以直接用于失蜡铸造。
这种技术可以制造具有高度复杂形状的零件，尤其适用于制造内部结构复杂的零件，如内腔、孔等。
在制件成型过程中，原材料并未发生化学变化，因此制件的翘曲变形较小。
6)材料利用率高，且具有长寿命。
7)容易分离，无需进行化学清洗，且不需要复杂的支撑结构。
(2)缺点
1)成品的外观呈现明显的纹路。
2)在成型轴垂直方向上的强度相对较低。
需要进行支撑结构的设计和制作。
需要对整个截面进行扫描涂覆，这将导致成型时间较长。
5)原材料价格昂贵。
请见下表，对FDM工艺、SLA工艺和SLS工艺在特性和工艺方法等方面进行了比较： | 特性/工艺方法 | FDM工艺 | SLA工艺 | SLS工艺 | | ————– | ——- | ——- | ——- | | 材料 | 热塑性材料 | 光敏树脂 | 热塑性粉末 | | 制造速度 | 慢 | 快 | 快 | | 表面质量 | 粗糙 | 光滑 | 光滑 | | 制造精度 | 低 | 高 | 高 | | 支撑结构 | 需要 | 需要 | 不需要 | | 成本 | 低 | 高 | 高 | | 应用领域 | 原型制作、小批量生产 | 原型制作、小批量生产 | 原型制作、小批量生产 | 以上比较仅供参考，具体选择应根据实际需求和情况进行。
一种新型的快速成型系统是气压式熔融沉积快速成型系统。该系统利用高温高压气体将金属粉末熔化，然后通过喷嘴喷射到工件表面，形成所需形状。该系统具有成型速度快、成型精度高、成型材料种类多等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、医疗器械等领域。
气压式熔融沉积快速成型系统(Air-pressure Jet Solidification. AJS)的工作原理是：首先将低粘性材料(如粉末+粘结剂的混合物)加热到一定温度，然后通过空气压缩机提供的压力，将材料由喷头挤出，涂覆于工作平台或前一沉积层之上。喷头会按照当前层的层面几何形状进行扫描堆积，实现逐层沉积凝固。计算机系统控制工作台进行X、Y、Z三维运动，从而逐层制造三维实体和直接制造空间曲面。这种系统的工作原理使得制造过程更加高效和精确。
AJS系统由6个部分组成，包括控制、加热与冷却、挤压、喷头机构、可升降工作台和支架机构。控制系统配备了CAD模型切片软件和加支撑软件，用于对三维模型进行切片和诊断，并在零件高度方向模拟显示出一系列横截面的轮廓。加支撑软件则对零件进行自动加支撑处理。在数据处理完毕后，混合均匀的材料按一定比例人工送入加热室。加热室由电阻丝加热，经热电阻测温并由温度控制器使其温度恒定，使材料处于良好的熔融挤压状态，后经压力传感器测压后进行挤压，制造原型零件。控制系统能够实现整个AJS系统的自动控制，包括气路的通断、喷头的喷射速度以及喷射量与原型零件整体制造速度的匹配等。新内容与原内容基本相同，只是对语言进行了一些调整。
熔融沉积快速成型技术是一种先进的制造技术，它可以通过将金属粉末或线材加热熔化，然后通过计算机控制的方式将其逐层堆积成为所需的形状。这种技术具有高效、精度高、制造周期短等优点，因此在许多领域得到了广泛的应用。 在航空航天领域，熔融沉积快速成型技术可以用于制造复杂的航空零部件，如涡轮叶片、燃烧室等。这些零部件通常需要高精度和高强度，而熔融沉积快速成型技术可以满足这些要求。 在医疗领域，熔融沉积快速成型技术可以用于制造人工骨骼和关节等医疗器械。这些器械需要与人体组织相容性好、精度高等特点，而熔融沉积快速成型技术可以满足这些要求。 在制造业领域，熔融沉积快速成型技术可以用于制造复杂的模具和零部件。这些模具和零部件通常需要高精度和高强度，而熔融沉积快速成型技术可以满足这些要求，并且可以大大缩短制造周期。 总之，熔融沉积快速成型技术在许多领域都有广泛的应用前景，可以为各行各业提供高效、精度高的制造解决方案。
FDM快速成型技术已经被广泛应用于各个领域，包括汽车、机械、航空航天、家电、通信、电子、建筑、医学、玩具等产品的设计开发过程。这种技术可以用于产品外观评估、方案选择、装配检查、功能测试、用户看样订货、塑料件开模前校验设计以及少量产品制造等。此外，政府、大学及研究所等机构也开始使用这种技术。 相比传统方法，FDM成型法无需任何刀具和模具，可以快速制造复杂产品原型。传统方法需要几个星期、几个月才能完成，而使用FDM成型技术只需要短短的时间。这种技术的应用，为各个领域的产品设计开发提供了更加高效、快速的解决方案。
(1)丰田公司在生产过程中广泛应用FDM技术
丰田公司采用了FDM工艺来制作2000 Avalon车型的右侧镜支架和4个门把手的母模，这种快速模具技术取代了传统的CNC制模方式。这一举措显著降低了制造成本，右侧镜支架模具成本降低了20万美元，4个门把手模具成本降低了30万美元。通过采用FDM工艺，丰田公司在轿车制造方面节省了约200万美元。
美国许多快速原型制造公司都广泛应用FDM技术。FDM技术可以快速制造出高质量的原型和模型，这些原型和模型可以用于产品设计和测试。FDM技术的优点在于可以使用多种材料，包括塑料、金属和陶瓷等，可以满足不同产品的需求。此外，FDM技术还可以实现复杂的几何形状和内部结构，提高产品的精度和质量。因此，FDM技术在快速原型制造领域具有广泛的应用前景。
美国Rapid Models & Prototypes公司为生产厂商Laramie Toys制作了一款玩具水枪模型，采用了FDM工艺。这种工艺可以将多个零件一体制作，从而减少了传统制作方式所需的部件数量。同时，这种工艺还避免了焊接和螺纹连接等组装环节，大大提高了模型制作的效率。
(3)FDM在Mizuno公司的应用
Mizuno是一家全球知名的综合性体育用品制造公司。在1997年1月，Mizuno美国公司开发一套新的高尔夫球杆通常需要13个月的时间。但是，随着FDM技术的应用，这个过程得到了极大的缩短。设计师们可以使用FDM制作出新的高尔夫球头，并快速得到反馈意见，进行修正。这大大加快了造型阶段的设计验证。一旦设计定型，FDM最后制造出的ABS原型就可以作为加工基准在CNC机床上进行钢制母模的加工。这种技术的应用使得新的高尔夫球杆整个开发周期在7个月内就全部完成，开发时间缩短了40%以上。目前，FDM快速原型技术已成为Mizuno美国公司在产品开发过程中不可或缺的组成部分。
韩国现代公司广泛应用FDM技术，该技术主要用于汽车制造中的快速原型制作和零部件生产。通过FDM技术，现代公司可以更快速、更精确地制造汽车零部件，从而提高生产效率和产品质量。此外，FDM技术还可以帮助现代公司在设计阶段更好地预测和解决潜在的生产问题，从而降低生产成本和提高市场竞争力。
韩国现代汽车公司最近引入了美国Stratasys公司的FDM快速原型系统，用于设计检验、空气动力评估和功能测试。这一系统已经成功地应用于起亚的Spectra车型设计中。现代汽车公司自动技术部的首席工程师Tae Sun Byun表示，对于设计检验来说，精确和稳定的空间至关重要。FDM Maxum系统采用ABS工程塑料，满足了这两个要求。在1382mm的长度上，最大误差仅为0.75mm。
实际上，FDM工艺在汽车领域的应用只是其中之一，除此之外，在其他领域也有着广泛的应用。
