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熔融沉积建模 （FDM），也称为熔融细丝制造 （FFF）是目前最流行和应用最广泛的 3D 打印技术之一。它因其相对经济的成本、用户友好性和与多种材料的兼容性而受到赞誉。那么，FDM 3D 打印是如何工作的呢？本文旨在回答您的各种问题。LS 将引导您深入研究熔融沉积建模的基本工作机制，从材料制备阶段到逐层沉积再到最终产品的生产，向读者展示了清晰全面的技术视角。此外，我们还将深入研究 FDM 技术的优缺点，以及它在各个行业中的实际应用，目的是展示该技术如何继续促进制造业的创新和进步。
熔融沉积成型 （FDM） 的工作原理是什么？
这熔融沉积成型 （FDM） 的工作原理3D 打印技术相对简单和高效。以下是其详细的工作流程：
1.前期准备：
- 首先，您需要一个3D 打印模型的目标对象。在制作之前，应将这些模型分割拼接在一起，然后根据不同场景的需要选择合适的颜色或纹理等信息作为渲染效果。该模型可以在专门的3D 建模工具或从 Internet 上可用的现有数据中获取。
- 下一步，我们将使用切片软件将 3D 模型转换为 3D 打印机可以识别的一组指令。在切片步骤中，将模型水平分成薄层，并生成包含打印路径和挤出速度等详细数据的 G 代码文件。
- 在FDM（熔融沉积成型）打印机的材料选择，常见的打印材料有 PLA、ABS、PETG 和其他热塑性长丝。在实际生产中，用户可以根据需要选择不同类型的塑料作为打印材料。材料的选择取决于最终产品所在的应用环境和所需的物理特性。
2.关于打印步骤：
- 这打印机需求将打印平台和挤出喷嘴加热到预定温度。当达到温度时，平台被加热以使其在该温度下保持一段时间。平台的加热有助于避免模型翘曲，而喷嘴的加热可确保金属丝顺利熔化。
- 在材料的挤出和沉积过程中，送丝系统将金属丝送入加热的挤出机，然后在喷嘴内熔化和挤出。通过步进电机控制喷嘴的旋转和位移来调整喷嘴的尺寸，使熔融材料均匀地喷涂到模具表面。按照 G 代码的说明，打印头沿 X 轴和 Y 轴精确移动，使熔融材料在平台上逐层沉降，从而形成物体的第一层。
- 沉积第一层后，打印平台降低一层的高度，打印头继续沉积下一层材料。在这个过程中，每一层都可以重新加热和冷却。每一层都紧密混合在一起，以形成完整的 3D 实体.
- 在冷却凝固过程中，熔融材料会在空气中迅速冷却凝固，以保持其打印的形状和结构。
稍后在项目中 3.Work：
- 对于具有悬垂的模型，可能需要合并支撑结构，以便在打印过程。
- 打印后，请务必小心地移除这些支撑结构，以避免对模型的外观产生不利影响。打印后，物体表面可能会出现分层或粗糙的纹理。我们可以使用打磨、抛光或化学处理优化表面质量以增强其整体美感的技术。
FDM 打印有哪些优势？
FDM（熔融沉积建模）打印具有以下优势：
1.成本低
FDM 技术不使用激光器，因此设备运维成本低，其成型材料主要是工业的ABS 和 PC 等工程塑料，它们的成本也很低。因此，目前大多数桌面 3D 打印机都使用 FDM 技术。
2.有多种成型材料可供选择。
通过以上分析，我们知道热塑性材料，如 ABS、PLA、PC 和 PP可用作 FDM 路径的成型材料。这些是常见的工程塑料，容易获得，成本低。
3.环境污染少。
整个过程只涉及热塑性材料的熔融和凝固，并在相对封闭的3D 打印室.不涉及高温或高压，无有毒有害物质排放。因此，它具有高度的环保性。
4.设备和材料体积更小。
使用 FDM 路径的 3D 打印机尺寸更小，耗材为卷丝，易于运输，适用于办公室、家庭和其他环境。
5.原材料利用率高。
成型材料及支撑材料使用过程中未使用或丢弃的可回收、加工和再利用，可有效提高原材料的利用效率。
6.后处理比较简单。
目前使用的支撑材料大多是水溶性材料，剥离相对简单。通过其他技术路径进行后处理通常需要固化和其他辅助设备，但 FDM 不需要。
FDM 有哪些限制？
作为一种常见的 3D 打印技术，FDM（熔融沉积制造）技术具有制造速度快、成本低、作简便等优点，但也存在一些局限性。以下是主要的FDM 技术的局限性:
1.成型时间较长。
由于喷嘴的运动是机械运动，因此成型过程中的速度受到限制，因此成型时间一般需要很长时间，不适合制造大型零件。
2.需要支撑材料。
成型过程中需要添加支撑材料，打印后需要剥离。对于一些复杂的部件，剥离存在一定的困难。
此外，随着技术的进步，一些3D 打印制造商纷纷推出不需要支撑材料的机型，而这个缺点正在逐步被克服。
FDM 打印使用哪些材料？
FDM（熔融沉积制造）打印主要使用以下材料：
- ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）：它具有良好的强度和耐磨性，适用于打印需要高强度和耐用性的零件。由于其较高的玻璃化转变温度，由ABS 具有良好的耐高温性.常用于汽车零部件、家电外壳等领域。
- PLA （Polylactic Acid）：由可再生玉米淀粉制成，具有良好的生物降解性。PLA 打印的零件表面光滑，适用于打印模型、艺术品等需要美观的产品。但是，与 ABS 相比，PLA 的强度和抗冲击性较低，并且在高温环境中可能会变形。
- PETG（聚酯）：它具有良好的透明度和耐化学性，以及高强度和韧性。适用于打印需要高强度和耐用性的功能件，如机械零件、模具等。
- TPU（热塑性聚氨酯）：一种具有优异弹性和柔韧性的弹性体。TPU打印的零件具有良好的耐磨性和抗撕裂性，适用于打印需要高弹性和耐用性的零件，如密封件、橡胶制品等。
- PC （聚碳酸酯）：具有耐冲击、高韧性、高耐热、耐化学腐蚀等特点。广泛应用于建筑行业、汽车制造行业、医疗器械、航空航天、电子电器等领域。
- PP（聚丙烯）和模拟聚丙烯材料： 无毒、无味，强度、刚度、硬度、耐热性均高于聚乙烯，可在 100 °C 左右使用。 模拟聚丙烯材料模拟了聚丙烯在强度和耐热性方面的优点，同时弥补了聚丙烯在韧性和低温脆性方面的缺点。
- 合成橡胶：具有高弹性、绝缘性、气密性、耐油性、耐高温或耐低温性等。它适用于印刷消费电子产品、医疗设备、卫生用品、汽车轮胎和绝缘材料。
- PPSF（聚苯砜）：新型工程塑料，适用于高温工作环境。它可以承受较大的冲击，同时保持暴露在潮湿和高温下，使其适用于具有高冲击强度、应力开裂和耐化学性的材料。
- PEI （聚醚酰亚胺）：它具有完美的热、机械和化学性能，强度高，耐磨性高，在高温下具有尺寸稳定性。非常适合航空航天、汽车和军事应用。
FDM 与其他 3D 打印方法相比如何？
与其他 3D 打印方法相比，FDM（熔融沉积制造）有其独特的优势和局限性。以下是 FDM 与SLA（立体光固化成型技术）、 SLS（选择性激光烧结）和 MJF （Multi Jet Fusion）：
| 3D 打印方法 | FDM（熔融沉积制造） | SLA （立体光固化成型） | SLS（选择性激光烧结） | MJF（多射流聚变） |
|---|---|---|---|---|
| 技术原理 | 加热喷嘴熔化热塑性材料并逐层挤出 | 紫外线激光束照射液态光敏树脂以使其固化 | 激光将粉末材料逐层烧结，形成固体 | 粉末床熔融喷射点胶技术是逐层构建的 |
| 打印精度 | 中等，层厚通常在 0.1mm 到 0.4mm 之间 | 高度、层厚可小至 0.025mm | 适中，层厚一般为 0.1mm 至 0.2mm | 高、出色的细节 |
| 表面 | 有条纹和楼梯效果 | 光滑细腻，细节极佳 | 这取决于粉末粒度和烧结工艺 | 时尚而细致 |
| 打印速度 | 中等，适用于中小规模生产 | 快速，特别适用于小型型号 | 相对较慢，激光烧结和冷却 | 通常比 FDM 更快 |
| 材料成本 | 低，材料丰富 | 更高的特殊树脂很昂贵 | 中到高，取决于粉末类型 | 可能会因材料利用率而减少 |
| 设备成本 | 更低，易于普及 | 高等 | 中到高 | 可能高于 FDM 设备 |
| 材料适应性 | 热塑性长丝 | 光敏树脂 | 粉末材料（尼龙、金属等） | 粉末材料 |
| 强度与性能 | 适中，具体取决于材料 | 取决于树脂的类型 | 通常较高，适用于高强度零件 | 通常良好，具有优异的机械性能 |
| 应用领域 | 教育， 快速原型制造， 制造 | 高精度模型制作（珠宝、医疗） | 制造高强度、复杂的结构件 | 精度高、生产速度快、应用机械性能好 |
总结
熔融沉积建模 （FDM） 作为一种广泛使用的 3D 打印技术，已显示出强大的应用在产品设计、原型制作和教育等许多领域的潜力和价值。通过了解它的工作原理、关键要素以及如何优化它，我们可以更好地利用这项技术来满足不同的应用程序需求。同时，还需要认识到FDM 技术的局限性并在实际应用中考虑和解决它们。
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常见问题
1.熔融沉积建模的流程是怎样的？
熔融沉积成型 （FDM） 的过程是将热塑性材料（如 ABS、PLA 等）以细丝的形式送入 3D 打印机。细丝在加热的喷嘴中熔化，并根据预设的 3D 模型数据逐层沉积在构建平台上。沉积每一层后，材料迅速冷却并凝固，形成固体部件。随着构建平台逐层下降（或喷嘴逐层上升），整个过程重复进行，直到整个物体完全打印完成。
2.熔融沉积成型有什么用途？
FDM 技术因其成本低、作简单、材料易得等优点而被广泛应用于许多领域。它主要用于原型制作，帮助设计师和工程师快速验证产品设计的可行性和功能性。此外，FDM 还用于制造和定制零件生产，例如汽车零部件、航空航天部件、医疗设备等。因为它可以根据需求进行定制，所以也被广泛应用于艺术创作和教育领域。
3.FDM 是如何工作的？
FDM 的工作原理基于热塑性材料的熔化和逐层沉积。在打印过程中，加热的喷嘴熔化热塑性细丝，并通过计算机控制的路径将熔融的细丝挤出到构建平台上。细丝在与平台接触时迅速冷却并凝固，形成一层物体。当喷嘴移动并且平台逐层下降（或喷嘴逐层上升）时，此过程会重复，直到整个对象完全打印出来。
4.为什么 FDM 是目前最流行的 3D 打印技术？
FDM 是目前最流行的 3D 打印技术，主要是因为它结合了低成本、易用性、材料多样性和广泛的应用范围，使个人用户、中小型企业和教育机构很容易采用并从这项技术中受益。
资源
2.熔融沉积建模对 3D 打印 PLA 物体进行表面改性：综述
