快速成型制造工艺IV

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1、第五节熔融沉积快速成型工艺熔融沉积快速成型（FusedDepositionModeling，简称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。该工艺方法以美国Stratasys公司开发的FDM制造系统应用最为广泛。该公司自1993年开发出第一台FDM1650机型后，先后推出了FDM2000、FDM3000、FDM8000及1998年推出的引人注目的FDMQuantum机型，FDMQuantum机型的最大造型体积达到600mm×500mm×600mm。国内的清华大学

2、与北京殷华公司也较早地进行了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。模具工程技术研究中心METRCξ2快速成型制造工艺模具工程技术研究中心METRC一、熔融沉积工艺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，就能保证热熔性材料挤喷出喷嘴后，随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

3、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：ξ2快速成型制造工艺模具工程技术研究中心METRC将实芯丝材原材料缠绕在供料辊上，由电机驱动辊子旋转，辊子和丝材之间的摩擦力使丝材向喷头的出口送进。在供料辊与喷头之间有一导向套，导向套采用低摩擦材料制成，以便丝材能顺利、准确地由供料辊送到喷头的内腔（最大送料速度为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

4、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（最高速度为380mm/s）而变化，通常最大层厚为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。ξ2

5、快速成型制造工艺模具工程技术研究中心METRC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。ξ2快速成型制造工艺系统构造原理和操作简单，维护成本低，系统运行安全。优点模具工程技术研究中心METRC二、熔融沉积工艺的

6、特点可以使用无毒的原材料，设备系统可在办公环境中安装使用。用蜡成形的零件原型，可以直接用于失蜡铸造。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。原材料在成型过程中无化学变化，制件的翘曲变形小。原材料利用率高，且材料寿命长。支撑去除简单，无需化学清洗，分离容易。成型件的表面有较明显的条纹。缺点沿成型轴垂直方向的强度比较弱。需要设计与制作支撑结构。需要对整个截面进行扫描涂覆，成型时间较长。原材料价格昂贵。ξ2快速成型制造工艺模具工程技术研究中心METRCξ2快速成

7、型制造工艺模具工程技术研究中心METRCξ2快速成型制造工艺模具工程技术研究中心METRC三、熔融沉积工艺成形过程影响因素分析材料性能的影响喷头温度和成形室温度的影响挤出速度的影响填充速度与挤出速度交互的影响分层厚度的影响成形时间的影响扫描方式的影响ξ2快速成型制造工艺模具工程技术研究中心METRC四、气压式熔融沉积快速成形系统（一）气压式熔融沉积快速成形系统的工作原理ξ2快速成型制造工艺模具工程技术研究中心METRC气压式熔融沉积快速成形系统（Air-pressureJetSolidif

8、ication，AJS）的工作原理如图所示：被加热到一定温度的低粘性材料(该材料可由不同相组成，如粉末—粘结剂的混合物)，通过空气压缩机提供的压力由喷头挤出，涂覆于工作平台或前一沉积层之上。喷头按当前层的层面几何形状进行扫描堆积，实现逐层沉积凝固。工作台由计算机系统控制作X、Y、Z三维运动，可逐层制造三维实体和直接制造空间曲面。AJS系统主要由控制、加热与冷却、挤压、喷头机构、可升降工作台及支架机构6部分组成。其中控制用计算机配置有CAD模