熔融沉积成型3D打印机

一、 设备名称：熔融沉积成型（FDM）3D打印机

规格型号：深圳市优创三维3D打印机F160

二、技术参数

3D打印机系统，带有3D打印机和计算机控制台

3D打印机类型：熔融沉积成型（FDM）

喷头直径：0.4 mm

打印精度：0.04 mm

电源配置：100-240V，50-60HZ

打印层厚：0.02-0.3 mm

机器尺寸：370＊320＊490 mm3

屏幕：4.3寸彩色触屏

机器功率：300W

喷头最高温度：420℃

热床最高温度：130℃

三、工作原理

图1 FDM工艺原理图

FDM 工艺是利用热塑性材料的热熔性、粘结性，在 PLC 控制下逐层堆积成型。熔融沉积成型工艺原理，如图 1 所示。成型材料和支撑材料由供丝机构送至各自对应的喷头，并在喷头中加热至熔融态。加热喷头在控制系统指令下沿着零件截面轮廓和内部轨迹运动，同时将半流动状态的热熔材料挤出，粘稠状的成型材料和支撑材料被选择性地涂覆在工作台上，迅速固化后形成截面轮廓。当前层成型后，喷头上升特定高度再进行下一层的涂覆，层层堆积形成三维产品。

熔融沉积快速成型技术已经基本成熟，大多数 FDM 设备具备以下特点：（1）设备以数控方式工作，刚性好，运行平稳；（2）X、Y 轴采用精密伺服电机驱动，精密滚珠丝杠传动；（3）实体内部以网格路径填充，使原型表面质量更高；（4）可以对 STL 格式文件实现自动检验和修补；（5）丝材宽度自动补偿，保证零件精度；（6）挤压喷射喷头无流涎、高响应；（7）精密微泵增压系统控制的远程送丝机构，确保送丝过程持续和稳定。

熔融沉积成型技术不采用激光，因而这种仪器的使用、维护比较便捷，成本不高。用蜡成型的零件模型，能够用于石蜡铸造；利用 PLA、ABS 成型的模型具有较高的强度，可以直接用于产品的测试和评估等。近年来又开发出 PPSF、PC等高强度的材料，可以利用上述材料制造出功能性零件或产品。鉴于 FDM 技术的很多优点，所以该技术在取得了快速发展。

由于采用熔融沉积成型工艺的成型件是利用熔融状态下的丝材在工作空间中层层堆积而成，因此在构建模型时，通常需要设计辅助支撑结构。美国 Stratasys 公司随机附有产生支撑结构的切片软件，而且可以把水溶性的丝材当作支撑结构的材料，当模型加工完毕后，只需要通过水洗处理，就可以快速便捷的去掉支撑结构，这在很大程度上简化了熔融沉积成型技术的后处理过程，优化了制件的表面精度。

熔融沉积成型技术所用的成型材料一般为热塑性材料，常见的有 PLA、ABS、尼龙等。其工艺原理是成型材料和支撑材料通过送丝的机构送进相应的喷嘴，在喷嘴内被加热至熔融状态，喷嘴通过成型系统的控制，根据提前设定的轮廓信息和填充轨迹做平面运动，而且经由喷嘴挤出的材料均匀地平铺在每一层截面轮廓上，此时被挤出的丝材在短时间内快速冷却，并和上一层固化的材料粘连在一起，层层堆积，最终生成所需的实体零件。

四、应用领域

FDM应用领域包括概念建模、功能性原型制作、制造加工、最终用途零件制造、修整等方面，涉及汽车、医疗、建筑、娱乐、电子、教育等领域。

1、材料成型

由于FDM技术可以采用高性能的生产级别材料，可以用来制造标准工具，并可进行小批量生产，通过小批量生产可以使用与最终产品相同的流程和材料来制作原型。

图2 利用FDM技术制作的标准工具

2、建筑加工

传统建筑领域的可视化做法是使用木材或者泡沫制作模型。而3D打印能够有效降低设计成本和开发时间，建筑师可以通过实体的建筑模型对设计进行改良，大大增加了效率和合理性。

图3 FDM技术打印的建筑模型

73、模型设计

利用FDM技术获得的原型本身具有耐高温、耐化学腐蚀等性能，在产品设计初期就能够通过原型进行各种性能测试，以改进最终的产品设计参数。

五、可开展实验项目

1、材料成型及控制工程专业课外实践(二课)

2、智能制造：3D打印工艺

六、可培训技能

1、独立设计3D打印模型

2、熟悉3D打印机的技术参数

3、掌握3D打印机的操作流程

七、操作规程

1、开机

拆箱前请注意查看包装有没有破损，由于机器比较重，需要两人同时操作，取出打印机时请注意不要碰到光轴导轨及皮带，接通电源，进入“移轴”菜单点击“All Home”待工作台托臂升起后关闭电源，取出底部的耗材及配件。

2、调整工作台

进入“移轴菜单” > “All Home”，等待工作台返回零位。微调工作台调平螺母，使喷嘴靠近工作台表面。按向上按钮或者旋转旋钮，按照上图顺序依次调整其它3个调平螺母。要反复多次调整，逐步缩小喷嘴与工作台之间的距离，最终距离以能插入一张名片（0.2mm左右）为宜。四颗调平螺丝的力度要均匀，工作台不要距离托盘太近。一切以实际打印效果为准，请在打印开始时进一步微调工作台。

3、安装耗材

预热要安装耗材的喷头。把耗材掰直，确保耗材末梢尖锐，并检查耗材没有自缠绕。调松螺母，把耗材穿进送丝器进料孔，并轻推至喷头，直至耗材熔化自然流淌为止。拧上压紧螺母，松紧程度为压紧后后退一圈为宜。

4、屏幕操作

图4 屏幕操作示意图

5、打印模型

将SD卡插入电脑卡槽或读卡器，打开CreatWare 软件，加载模型文件，选择耗材类型并设置相关参数，最后点击保存按钮，仅需三步即可完成切片。将SD卡插入打印机SD卡插槽，浏览并选择刚才保存的切片文件，打印机会自动开始预热，当温度到达后开始打印。

八、安全注意事项

（1）3D打印机喷头在加热期间及冷却阶段温度高达300℃以上，严禁触碰。

（2）3D打印机工作台在加热期间及冷却阶段温度高达120℃以上，严禁触碰。

（3）请确保打印机电源接地端良好接地，否则可能导致打印机无法正常工作。

（4）请勿擅自拆开机箱，小心触电。