彩色3D﹢FDM打印关键基础技术.pdf

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1、Review专题综述彩色3DFDM打印关键基础技术刘伟(陕西国防工业职业技术学院，陕西西安710300)摘要：针对彩色3DFDM打印关键基础技术，从研究现状、成形精度和存在问题等方面进行探讨，着重对多喷头联动控制、扫描路径规划、工艺参数优化、表面精度提高、内部质量等方面进行探索，致力于开发具有自主知识产权的彩色3DFDH打印快速成形设备。关键词：彩色3D打印；增材制造；关键技术；FDH。中图分类号：TG249；文献标识码：A；文章编号：1006—9658(2016)04—0015—03DOI：10．396眇1．1ssn．1006—9

2、658．2016．04．003O引言3D打印增材制造(AdditiveManufacturingAM)技术是一种基于离散一堆积原理制造，通过计算机控制，把3DCAD模型进行切片处理，得到层面轮廓数据信息，然后由层面数据进行逐层增材成形，最终得到三维实体零件的一种AM技术【l】。AM技术已经在航空航天、医疗、生物、日常生活等方面有广泛应用【2。3]。13D打印技术类型目前主流的3D打印技术[4】有很多种，其中以激光为热源，用来制作树脂件的是光固化成型(Ste．ro—lithogr叩hyApparatus，SLA)技术；用来成形金属件主

3、要有叠层实体制造(L锄inatedObiectManufac．turing，LOM)技术，选择性激光烧结(SelectiveLasersintered，SLS)，以及选择性激光熔化(selectiveLaserMelted，SLM)等；而采用其它方式为热源的还有熔融沉积制造(FusedDepositionModeling，FDM)技术，3D打印(ThreeDimensionalPrinting，3DP)技术、冲击微粒制造(BallisticpanicleManufacturing，BPM)以及实体磨削固化(solidGroundcu

4、ring，sGc)等。熔融沉积制造FDM技术同sLA，sLs和基金项目；陕西国防丁业职业技术学院院级课题一4D打印成型创新技术探索(Gfyl5一09)收稿日期：2016—0l—06稿件编号：160l—1186作者简介：刘伟(1982一)男．讲师，主要研究3D打印及机械制造．中国铸造装备与技术4／2016oFMT15LOM快速成形技术相比，采用加热铝块为热源，因此具有设备价格低、运行和维护成本低等优点。而彩色3DFDM增材制造技术具有成形材料种类多，配置多喷头可以实现彩色打印等优势，简易打印装置如图l所示，打印零件如图2所示。该技术操

5、作简单、成形速度快、制件精度高、成形过程无污染，适合办公室环境使用【5{】。：．j一一、～qb薹音∥图l彩色3D打印装嚣2彩色3D打印熔融沉积(FDM)技术发展趋势(1)成形环境好。由于设备在成形过程中没有噪声以及化学污染，而且设备体积体积小，可以实现桌面打印，即用即打，很适合家庭及办公室使用。专题综述Review(2)设备操作简单。随着计算机的越来越快发展，只要用三维的软件设计好成形零件，按照程序软件设置相应参数，就可以实现打印，因此对操作人员要求越来越低，基本采用“一键式”操作。(3)成形材料及成形设备价格低廉。成形设备已经实现

6、产业化，成形材料原来越好获取，因此用户大大扩大，中小型企业甚至家庭都可以承担。(4)多喷头可以实现打印效率的成倍增长。为了提高打印的效率，可以同时采用多个喷头，分别使用不同的颜色，实现彩色打印。而且制件的表面精度和内部质量不断提高，不仅可以用于外观验证、装配及功能测试，可以当做功能件直接使用。综上所述，彩色3DFDM打印技术已经被公认为增材制造领域内应用面最广的技术之一。但是目前大多还停留在单色打印(单色零件(如图3所示))，随着人们需求的增加，彩色3D打印技术将具有良好的发展潜力和广阔的应用前景，而其对应的关键技术也将成为重点研究

7、方向【9。161。、P-1■嘲l●-IL一—一J图3彩色打印装配零件3彩色3D打印熔融沉积【FDM)技术拟解决的关键问题基于3D打印增材制造技术的发展现状以及我国目前发展的趋势，本文主要针对彩色3DFDM技术的发展趋势以及关键技术，设计了多个打印头按需打印不同颜色的材料(如图4所示)，通过对熔融沉积固化机理等的研究，致力于开发具有自主知识产权的经济型彩色3D打印增材制造设备，具体解决的关键问题如下‘m181：(1)对不同材料打印头的工作特性进行分析，为熔融沉积打印设备打印喷头的选型提供依据。(2)打印过程中，各个参数的匹配及优化。在

8、成形过程中，应使各个参数协调一致且参数达到最优匹配，为开发出具有自主知识产权新型彩色3D打印增材制造设备奠定了基础。(3)不同颜色树脂的固化和熔合。这就需要了解不同材料的固化原理，固化时间以及成形参数。对这些影响因素的研究能解决好设备