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洋明达FDM 3D打印机

随着3D打印技术的不断普及,越来越多人开始关注起3D打印机,3d打印中的FDM(Fused Deposition Modeling)是工艺熔融沉积制造(FDM)工艺由美国学者Scott Crump于1988年研制成功。


FDM 3D打印机的材料一般是热塑性材料,如蜡、ABS、尼龙等。以丝状供料。材料在喷头内被加热熔化喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动,同时将熔化的材料挤出,材料迅速凝固,并与周围的材料凝结。原理其实跟热熔胶枪是一样的,就是把一段塑料棒加热融化,在喷嘴上挤出材料,然后按照软件设置好的路径画出模型的形状。挤出的材料有一定的直径,一层一层叠起来就会形成立体的物件。


3D打印中的FDM的优点:

1、由于热融挤压头系统构造原理和操作简单,维护成本低,系统运行安全;

2、成型速度慢,用熔融沉积方法生产出来的产品,不需要SLA中的刮板再加工这一道工序;

3、用蜡成型的零件原型,可以直接用于熔模铸造;

4、可以成型任意复杂程度的零件,常用于成型具有很复杂的内腔、孔等零件;

5、原材料在成型过程中无化学变化,制件的翘曲变形小;

6、原材料利用率高,且材料寿命长。


其实我们大部分人都接触过 3D 打印的产品——蛋糕。只不过3D打印机是能精确地控制挤出直径,冷却温度,X、Y、Z的控制精度。让每一层材料精确地冷却固化在指定位置。


一台FDM 3D打印机,大概有几十个零件。根据分工,我们可以把它们抽象成几个部分。

外框:打印机的骨架

打印的过程中,喷头要在水平XY平面和垂直的Z轴运动(有的机型是喷头固定高度,打印平台来移动)。外框越稳固,打印出来的效果就越好。像巨影FDM 3D打印机采用的都是钣金一体结构,打印也是更稳定!


步进电机+传动系统:打印机的手臂

打印机一般用多个步进电机,带动皮带或者齿轮来控制喷头。电机的精度普遍都挺高的,所以这个部分,决定因素其实是皮带。皮带过紧可能会在打印过程中眺齿;皮带过松,可能打印的时候有旷量,就是电机转了,喷头却没有相应的移动。表现出来的现象就是打印的圆弧不圆,直角不直。


喷头:打印机的心脏

这里为了好理解,用了喷头这个词,标准的叫法是挤出机。包含一个喷嘴,一个加热装置让材料融化,一个推送装置把固体的料拉进加热区域,一个冷却风扇让喷头的材料温度降下来,到打印出来的时候快速固化。这部分的重点是温度和速度。根据不同的材料来配置加热温度,让材料可以顺畅地在固态——液态——固态之间转化。加热温度比较固定,根据材料配置就行,比如PLA材料210℃比较合适。温度过高,不能及时冷却和固化,打印出来的东西会比较塌,不太好成型。温度过低,材料没有足够的温度,跟已经打印的原料结合,打印出来的东西会比较的粗糙,强度也不够,容易分层断裂。速度由喷嘴直径和推送装置的速度决定。这个也要平衡好,为了获得更好的打印质量,一般推荐速度在80mm/s以下效果比较好。


打印机操作系统:小脑

FDM 3D打印机,大多是基于开源的 RepRap 项目,或者定制的 RepRap 系统。类似 Android 的情况,这个系统用来执行 Gcode 打印指令,然后用传感器收集温度数据上传,纯执行角色。


切片软件:大脑

切片软件是打印机的大脑。

这里面可以分三个部分说。

首先是打印的走线。就是模型分层后,具体喷头走哪个路径,怎么避开已经打印的线,怎么尽量拐大弯来降低对精度的要求。

然后是填充算法。怎么保证用料又少,又有足够的结构强度。

还有就是支撑结构。这个可以拿攀岩来打比方,你攀一个负角度的地方,就容易掉下去。一般你设计的悬空角度不大于45°,那应该可以直接打印。如果模型中有多处悬空,会造成打印层的松软和下沉。软件可以自动地在悬空的位置下面垫一些料,自动帮你完成。

打印参数设置会影响最终打印效果,需要根据自己的机器,用的材料设定最优的方案。