FDM工藝
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
FDM工藝的實(shí)例教程
其中直接墨水直寫(DIW)和熔融層積成型(FDM)正在成為制造聚合物納米復(fù)合材料最成功和最廣泛使用的工藝。其中FDM方法是一種簡單的方法，可以制造幾何復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，并可編程宏觀和微觀結(jié)構(gòu)。3D打印的高縱橫比材料可以賦予打印結(jié)構(gòu)特殊的多功能，包括在電氣和熱管理、能量收集、能量存儲和傳感等應(yīng)用中所需要的功能。
3D打印和碳納米管的結(jié)合可以為分層排列的結(jié)構(gòu)編程提供無限的可能性。為了獲得高導(dǎo)熱性的聚合物納米復(fù)合材料，最需要的是在聚合物基體中加入大量的填料，并控制填料的取向和位置。3D打印能夠?qū)⑻盍戏植荚趶?fù)合材料中具有所需方向的特定位置，有助于形成導(dǎo)熱路徑，并在首選方向上提高導(dǎo)熱性。
02
成果掠影
近期，美國特拉華大學(xué)材料科學(xué)與工程系的倪超英教授在通過3D打印的方法驗(yàn)證了該工藝對聚合物導(dǎo)熱性能的影響。該團(tuán)隊利用3D打印方法制備了MWCNTt填充的聚乳酸(PLA)納米復(fù)合材料。在打印過程中，由于MWCNT/PLA復(fù)合長絲與噴嘴壁面之間的剪切力，MWCNTs沿打印方向自發(fā)形成對齊結(jié)構(gòu)。XRD結(jié)果證實(shí)了MWCNTs的對準(zhǔn)性。對齊的高填料加載不僅顯著促進(jìn)傳熱，而且有助于保持加熱時結(jié)構(gòu)的完整性。垂直排列的20 wt % MWCNT/PLA納米復(fù)合材料在35℃時的面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)為0.575 W/(mK)，約為水平排列結(jié)構(gòu)(~ 0.218 W/(mK))的2.64倍，在相同溫度下約為純PLA (0.098 W/(mK))的5.87倍。在散熱器上進(jìn)行的紅外熱成像驗(yàn)證了納米復(fù)合材料與基體聚合物相比的優(yōu)越性能。在這項研究中，我們實(shí)現(xiàn)了MWCNT/PLA的增材制造，同時具有高填充率和顯著的導(dǎo)熱性改善。
展開 讀者可以根據(jù)自己想要達(dá)到的效果，來選擇使用哪種后處理工藝。
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案例一出，瞬間驚起千層浪...有不少感興趣鄰友私信我，向我討論關(guān)于無人機(jī)的優(yōu)化問題并問我能不能做出實(shí)物來,為了更好的驗(yàn)證原設(shè)計的加工工藝性，筆者決定親自通過3D打印的方式得到實(shí)物模型，由于設(shè)備限制，筆者只能通過FDM 3D打印工藝得到實(shí)物，以下是具體的打印過程，供大家瀏覽：
FDM 3D打印工藝
我們對校核后的模型進(jìn)行了簡化，通過FDM 3D打印工藝得到了一個等比例縮小后的實(shí)物模型，在此過程中非常感謝學(xué)校控制與計算機(jī)工程學(xué)院的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)俱樂部暨Hunters本科生實(shí)驗(yàn)室在打印設(shè)備和實(shí)踐場地上提供的大力支持，以下是具體的加工過程。
5.1 3D打印前處理
針對模型在FDM 3D打印過程中可能出現(xiàn)的問題，我們對模型進(jìn)行了一些簡化和修復(fù)，目的主要是減少支撐和提高打印的質(zhì)量，簡化后的模型如圖11所示。
圖11 簡化后的模型
限制于3D打印機(jī)平臺的大小，我們把原模型等比例縮小為原來的40%，并用JGreat軟件對其進(jìn)行切片，每一處生成支撐，打印平臺粘附類型設(shè)置為檐邊，打印前的預(yù)覽如圖12所示。
圖12 3D打印預(yù)覽
5.2 3D打印
我們選用極光爾沃系列的A3型3D打印機(jī)，其打印精度在0.1mm左右，材料選用常見的PLA，打印前應(yīng)調(diào)整平臺高度適中，預(yù)熱平臺和噴嘴。
展開 引領(lǐng)這一舉措的是SODIMAS采用最先進(jìn)的FDM工藝的Stratasys Fortus 450MC 3D打印機(jī)，它們已集成到一些最突出的應(yīng)用中，如功能原型和裝配工具。
通力電梯內(nèi)使用3D打印玻璃
在功能原型設(shè)計方面，3D打印的引入一直是天賜之物，使SODIMAS能夠?qū)⒃蜕a(chǎn)時間縮短98％并提高其靈活性。通過利用這些3D打印方法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了許多框架設(shè)計的概念和開發(fā)。他們同時在電梯天花板，墻壁和地板的零件生產(chǎn)中實(shí)施這些流程，SODIMAS能夠比其他方式更快，更有效地驗(yàn)證設(shè)計和裝配是否正確。
2010年上海世博會芬蘭館的通力燈籠電梯
SODIMAS繼續(xù)展示3D打印作為裝配工具領(lǐng)域創(chuàng)新的寶貴工具。Stratasys 3D打印機(jī)的集成使SODIMAS能夠?yàn)楦鞣N電梯部件設(shè)計提高生產(chǎn)率的裝配工具。將這項技術(shù)與Stratasys令人難以置信的ULTEM材料結(jié)合使用，SODIMAS已經(jīng)打印了15種不同的工具，每種工具都可以為各種組件提供某種改進(jìn)，包括只需幾秒鐘操作的定制夾具。
3D打印技術(shù)在電梯制造領(lǐng)域可以提供的好處已經(jīng)顯示出實(shí)質(zhì)性和不可否認(rèn)性，并且隨著實(shí)踐變得更加精細(xì)，它們預(yù)計會增長。事實(shí)上，SODIMAS已經(jīng)在日常運(yùn)營中探索3D打印的進(jìn)一步應(yīng)用，包括由于更快地制造零件的能力提高而減少倉庫費(fèi)用。通過采用這些工藝，電梯制造公司可以繼續(xù)達(dá)到新的高度。
展開 前言：
熔融擠出成型(FDM)工藝是利用高溫將材料融化成液態(tài)，通過打印頭擠出后固化，最后在立體空間上排列形成立體實(shí)物。FDM機(jī)械系統(tǒng)主要包括噴頭、送絲機(jī)構(gòu)、運(yùn)動機(jī)構(gòu)、加熱工作室、工作臺等（如圖1）。
圖1 FDM工藝原理示意圖
如圖1所示，噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動，同時將熔化的材料擠出，材料迅速固化，并與周圍的材料粘結(jié)。每一個層片都是在上一層上堆積而成，上一層對當(dāng)前層起到定位和支撐的作用。隨著高度的增加，層片輪廓的面積和形狀都會發(fā)生變化。層層累積直至打印完成。
FDM成型技術(shù)使用、維護(hù)簡單，成本較低。用ABS制造的原型因具有較高強(qiáng)度而在產(chǎn)品設(shè)計、測試與評估等方面得到廣泛應(yīng)用。近年來又開發(fā)出PC，PC/ABS，PPSF等更高強(qiáng)度的成形材料，使得該工藝有可能直接制造功能性零件。然而這種快速成型技術(shù)也存在他的局限，例如原型的表面有較明顯的條紋，表面光潔度較高的產(chǎn)品需要后處理；在與截面垂直的方向強(qiáng)度小；需要設(shè)計和制作支撐結(jié)構(gòu)。成型速度相對較慢，不適合構(gòu)建大型零件；噴頭容易發(fā)生堵塞，不便維護(hù)。
如上所述，FDM噴頭的結(jié)構(gòu)是這種快速成型技術(shù)的技術(shù)要點(diǎn)。好的噴頭結(jié)構(gòu)可以最大效率的利用熱量，完成精準(zhǔn)的溫度控制，使打印絲材在打印過程中快速且穩(wěn)定的完成熔化凝固的過程。
計算及結(jié)果：
針對目前對現(xiàn)有FDM噴頭的分析可知，在FDM噴頭設(shè)計的過程中，集中在噴頭處的問題主要體現(xiàn)在以下幾方面：
加熱片以上區(qū)域由于受熱溫度升高，使輸料管中材料彎軟影響擠料。
加熱片以下區(qū)域，尤其是噴嘴處，由于散熱使材料凝固造成堵塞。
總而言之，噴頭結(jié)果不能達(dá)到對熱量的精準(zhǔn)控制，使噴頭的導(dǎo)熱與散熱結(jié)構(gòu)配合不協(xié)調(diào)，進(jìn)而影響打印絲材的相變過程。
展開 
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FDM工藝的最新內(nèi)容
而Stratasys公司創(chuàng)始人Crump研發(fā)FDM工藝的3D打印機(jī)憑借著維護(hù)成本低，構(gòu)造原理較為簡單和使用便利等特點(diǎn)被大范圍應(yīng)用[3,4,5]。其中，Bowyer改進(jìn)了串聯(lián)機(jī)構(gòu)立體式3D打印機(jī)，方向靈活，易于控制但打印精度較低，需要同時控制工作臺和打印頭才能實(shí)現(xiàn)打印。
03
圖文導(dǎo)讀
圖1.MWCNT/PLA納米復(fù)合材料FDM工藝制備流程圖。
圖2.MWCNT/PLA納米復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、粘度變化、存儲模量和損失模量的示意圖。
在FDM和LDED型工藝中改變Bead寬度和Bead方向的能力擴(kuò)展了可以執(zhí)行的增材制造仿真范圍。
以前，增材制造仿真中材料沉積和移動熱源的Bead寬度和方向是固定的。現(xiàn)在，可以使用參數(shù)表模擬復(fù)雜的增材制造和焊接操作，以指定具有不同Bead方向和Bead寬度的任意三維運(yùn)動。
此外，現(xiàn)在可以使用單元漸進(jìn)式激活來指定材料去除。
這種工藝可以生產(chǎn)無層紋的零件，STEP將加熱層與加熱部件配合，產(chǎn)生比FDM等工藝更完整的融合。
五、多射流熔融(MJF)
該工藝是由惠普（HP）開發(fā)的粉末床3D打印工藝，它以類似于粘合劑噴射的工藝將試劑和粉末粘合在一起。與基于點(diǎn)對點(diǎn)激光的粉末床融合系統(tǒng)不同，MJF選擇性地將融合劑和細(xì)化劑分布在粉末床上，并使用紅外光將層融合在一起。
FDM工藝以長絲的形式擠出熱塑性材料，從而以一層一層的方式生產(chǎn)零件。SGC是一種使用液體光致聚合物構(gòu)建3D結(jié)構(gòu)的過程，這與立體光刻技術(shù)相似，通常被稱為“士兵”。LOM技術(shù)通過使用數(shù)字引導(dǎo)激光源將薄板材料或金屬箔層綁定在一起，以制造三維金屬零件。
DTM現(xiàn)在是3D系統(tǒng)的一部分，Solidform系統(tǒng)在1992年引入了SLS。該技術(shù)利用激光束作為熱源，將粉末材料熔化。
這種工藝可以生產(chǎn)無層紋的零件，STEP將加熱層與加熱部件配合，產(chǎn)生比FDM等工藝更完整的融合。
五、多射流熔融(MJF)
該工藝是由惠普（HP）開發(fā)的粉末床3D打印工藝，它以類似于粘合劑噴射的工藝將試劑和粉末粘合在一起。與基于點(diǎn)對點(diǎn)激光的粉末床融合系統(tǒng)不同，MJF選擇性地將融合劑和細(xì)化劑分布在粉末床上，并使用紅外光將層融合在一起。
FDM工藝使用熱量來軟化長絲，通常是熱塑性塑料，然后通過噴嘴擠出。這種材料在打印后通過冷卻凝固。對于LIB的應(yīng)用，已經(jīng)開發(fā)了含有石墨、LTO和LFP等活性材料的復(fù)合長絲，活性材料的比例高達(dá)70%。FDM的實(shí)際應(yīng)用將需要更高的活性材料比例，同時保持打印能力和機(jī)械完整性。FDM在電化學(xué)應(yīng)用中的另一個缺點(diǎn)是3D打印的分辨率，通常可以達(dá)到約150微米的層厚。
本文介紹了當(dāng)前FDM打印工藝最常用的10種后處理方法，以及使用這種后處理方法之后可以達(dá)到的效果。
我們將這10種后處理方法分為兩大類："清潔和預(yù)處理 "、 "精加工"。閑話少說，讓我們深入了解后期處理，以及如何完善你的FDM打印件吧!
清潔和預(yù)處理
清潔和預(yù)處理技術(shù)包括去除支撐和打磨等基礎(chǔ)工作。
南極熊導(dǎo)讀：在大多數(shù)人的印象中，FDM 3D打印工藝多是通過沉積熔融材料（通常以塑料絲的形式）來創(chuàng)建層，這是一種經(jīng)典的打印模式。然而，最近，一種同樣基于FDM原理的新方法正在嶄露頭角，它將打印的原材料從線材轉(zhuǎn)向使用塑料顆粒或其他顆粒狀原料，這就是顆粒3D打印。
顆粒3D打印是一種新的3D打印方法，通過使用顆粒形式的熱塑性塑料來逐層制造零件。
南極熊導(dǎo)讀：在大多數(shù)人的印象中，FDM 3D打印工藝多是通過沉積熔融材料（通常以塑料絲的形式）來創(chuàng)建層，這是一種經(jīng)典的打印模式。然而，最近，一種同樣基于FDM原理的新方法正在嶄露頭角，它將打印的原材料從線材轉(zhuǎn)向使用塑料顆粒或其他顆粒狀原料，這就是顆粒3D打印。
顆粒3D打印是一種新的3D打印方法，通過使用顆粒形式的熱塑性塑料來逐層制造零件。
