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2020-05-18
隨著3D打印技術(shù)的不斷普及，越來越多人開始關(guān)注起3D打印機，3d打印中的FDM（Fused Deposition Modeling）是工藝熔融沉積制造（FDM）工藝由美國學(xué)者Scott Crump于1988年研制成功。
FDM 3D打印機的材料一般是熱塑性材料，如蠟、ABS、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動，同時將熔化的材料擠出，材料迅速凝固，并與周圍的材料凝結(jié)。原理其實跟熱熔膠槍是一樣的，就是把一段塑料棒加熱融化，在噴嘴上擠出材料，然后按照軟件設(shè)置好的路徑畫出模型的形狀。擠出的材料有一定的直徑，一層一層疊起來就會形成立體的物件。
3D打印中的FDM的優(yōu)點：
1、由于熱融擠壓頭系統(tǒng)構(gòu)造原理和操作簡單，維護成本低，系統(tǒng)運行安全；
2、成型速度慢，用熔融沉積方法生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，不需要SLA中的刮板再加工這一道工序；
3、用蠟成型的零件原型，可以直接用于熔模鑄造；
4、可以成型任意復(fù)雜程度的零件，常用于成型具有很復(fù)雜的內(nèi)腔、孔等零件；
5、原材料在成型過程中無化學(xué)變化，制件的翹曲變形?。?/p>
6、原材料利用率高，且材料壽命長。
其實我們大部分人都接觸過 3D 打印的產(chǎn)品——蛋糕。只不過3D打印機是能精確地控制擠出直徑，冷卻溫度，X、Y、Z的控制精度。讓每一層材料精確地冷卻固化在指定位置。
一臺FDM 3D打印機，大概有幾十個零件。根據(jù)分工，我們可以把它們抽象成幾個部分。
外框：打印機的骨架
打印的過程中，噴頭要在水平XY平面和垂直的Z軸運動（有的機型是噴頭固定高度，打印平臺來移動）。外框越穩(wěn)固，打印出來的效果就越好。像巨影FDM 3D打印機采用的都是鈑金一體結(jié)構(gòu)，打印也是更穩(wěn)定！
步進電機+傳動系統(tǒng)：打印機的手臂
打印機一般用多個步進電機，帶動皮帶或者齒輪來控制噴頭。電機的精度普遍都挺高的，所以這個部分，決定因素其實是皮帶。皮帶過緊可能會在打印過程中眺齒；皮帶過松，可能打印的時候有曠量，就是電機轉(zhuǎn)了，噴頭卻沒有相應(yīng)的移動。表現(xiàn)出來的現(xiàn)象就是打印的圓弧不圓，直角不直。
噴頭：打印機的心臟
這里為了好理解，用了噴頭這個詞，標準的叫法是擠出機。包含一個噴嘴，一個加熱裝置讓材料融化，一個推送裝置把固體的料拉進加熱區(qū)域，一個冷卻風(fēng)扇讓噴頭的材料溫度降下來，到打印出來的時候快速固化。這部分的重點是溫度和速度。根據(jù)不同的材料來配置加熱溫度，讓材料可以順暢地在固態(tài)——液態(tài)——固態(tài)之間轉(zhuǎn)化。加熱溫度比較固定，根據(jù)材料配置就行，比如PLA材料210℃比較合適。溫度過高，不能及時冷卻和固化，打印出來的東西會比較塌，不太好成型。溫度過低，材料沒有足夠的溫度，跟已經(jīng)打印的原料結(jié)合，打印出來的東西會比較的粗糙，強度也不夠，容易分層斷裂。速度由噴嘴直徑和推送裝置的速度決定。這個也要平衡好，為了獲得更好的打印質(zhì)量，一般推薦速度在80mm/s以下效果比較好。
打印機操作系統(tǒng)：小腦
FDM 3D打印機，大多是基于開源的 RepRap 項目，或者定制的 RepRap 系統(tǒng)。類似 Android 的情況，這個系統(tǒng)用來執(zhí)行 Gcode 打印指令，然后用傳感器收集溫度數(shù)據(jù)上傳，純執(zhí)行角色。
切片軟件：大腦
切片軟件是打印機的大腦。
這里面可以分三個部分說。
首先是打印的走線。就是模型分層后，具體噴頭走哪個路徑，怎么避開已經(jīng)打印的線，怎么盡量拐大彎來降低對精度的要求。
然后是填充算法。怎么保證用料又少，又有足夠的結(jié)構(gòu)強度。
還有就是支撐結(jié)構(gòu)。這個可以拿攀巖來打比方，你攀一個負角度的地方，就容易掉下去。一般你設(shè)計的懸空角度不大于45°，那應(yīng)該可以直接打印。如果模型中有多處懸空，會造成打印層的松軟和下沉。軟件可以自動地在懸空的位置下面墊一些料，自動幫你完成。
打印參數(shù)設(shè)置會影響最終打印效果，需要根據(jù)自己的機器，用的材料設(shè)定最優(yōu)的方案。
