3D打印之FDM技术详解

3D打印的技术介绍之熔融沉积快速成型技术（FDM）

格融沉积快速成型(Fused Deposion Modeling, FDM)是继光固化快速成型和叠层实体快速成型工艺后的另一种应用比较广泛的快速成型工艺。该技术是当前应用较为广泛的一种3D打印技术，同时也是最早开源的3D打印技术之一。该工艺方法以美国Sratasys公司开发的FDM制造系统应用最为广泛。该公司自1993年开发出**台FDM1650机型后，先后推出了FDM2000、FDM3000、FDM8000及1998年推出的引人注目的FDM Quantum机型。FDMQuantum机型的**造型体积达到600mm×500mm×600mm。国内的清华大学也较早地进行了FDM工艺商品化系统的研制工作，并推出熔融挤压制造设备MEM250等。

熔融沉积快速成型的基本原理

熔融沉积又叫熔丝沉积，它是将丝状的热熔性材料加热熔化，通过带有一个微细喷嘴的喷头挤喷出来。喷头可沿着X轴方向移动，而工作台则沿Y轴方向移动。如果热熔性材料的温度始终稍高于固化温度，而成型部分的温度稍低于固化温度，那么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。一个层面沉积完成后，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。熔融沉积制造工艺的具体过程如下图：

将实芯丝材原材料缠绕在供料棍上，由电机驱动棍子旋转，辊子和丝材之间的摩擦力便丝材向喷头的出口送进。在供料棍与喷头之间有一个导向套，导向套采用低摩擦材料制成，以便丝材能顺利、准确地由供料混送到喷头的内腔(**送料速度为10～25mm/s，推荐速度为5～18mm/s)。喷头的前端有电阻丝式加热器，在其作用下，丝材被加热熔融(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℃)，然后通过出口(内径为0.25~1.32mm，随材料的种类和送料速度而定)，涂覆至工作台上，并在冷却后形成界面轮廓。由于受结构的限制，加热器的功率不可能太大，因此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(**速度为380mm/s)而变化，通常层厚为0.15～0.25mm。

熔融沉积快速成型工艺在原型制作时需要同时制作支撑，为了节省材料成本和提高沉积效率，新型FDM设备采用了双喷头。一个喷头用于沉积模型材料，一个喷头用于沉积支撑材料。一般来说，模型材料丝精细而且成本较高，沉积的效率也较低。而支撑材料丝较粗且成本较低，沉积的效率也较高。双喷头的优点除了沉积过程中具有较高的沉积效率和降低模型制作成本以外，还可以灵活地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。

FDM 3D打印技术主要的使用材料为ABS(Acylonitrile Butadiene Styrene，丙烯睛、丁二烯和苯乙烯的共聚物)和PLA(Polylactice Acid，生物降解塑料聚乳酸)。