熔融沉积快速成型的工艺分析_董海涛

熔融沉积快速成型的工艺分析

董海涛

（山西机电职业技术学院，山西长治046011）

摘

要：对熔融沉积快速成型工艺原理进行介绍，分析了成型的工艺特点；以MEM300成型机为例，对熔融

沉积双喷头工艺装备进行研究，论述了设计支撑的原因和支撑的种类；详细说明了FDM的成型工

——可乐瓶成型为例，艺过程，以垂直方向高的模型—比较分析4种成型方向布置方案，研究总结出几条成型方向原则，这些原则有利于提高成型质量和缩短成型时间；快速成型技术已经成为现代制造业的热点和发展方向。

关键词：快速成型熔融沉积支撑分层成型方向

文献标识码：B中图分类号：TH162．1

Analysisonrapidprototypingoffuseddepositionmodeling

DONGHaitao

（ShanxiInstituteofMechanical＆ElectricalEngineering，Changzhi046011，CHN）

Abstract：Theprocessprinciplesofrapidprototypingoffuseddepositionmodelingareintroducedanditstechnolog-icalcharacteristicsareanalyzed．TakingMEM300rapidprototypingmachineforexample，researchesdualnozzlesforfuseddepositionequipmentanddiscussesthedesignofsupportstructure．Detailedlyde-scribestheFDMprocess．Asanexampleofthecokebottleshapewithhighverticaldirection，throughcomparingfourkindsofarrangementschemeofmoldingdirection，concludesseveralmoldingdirectionprincipleswhichcanimproveproductqualityandshortenmoldingcycletime．Rapidprototypingtech-nologyhasbecomeahotspotofmodernmanufacturinganddirection．

Keywords：RapidPrototyping；FusedDeposition；Support；Laminated；MoldingDirection熔融沉积快速成型法（FusedDepositionModeling，

简称FDM），是快速成型技术（RapidPrototyping，简称RP）中的一种典型的成形方法。快速成形技术采用离

［1］

散和堆积的原理，与传统制造方法有着本质的区

近年来这种绿色的三维打印方法已经广泛应用于别，

航天航空、汽车、武器、家电产品及模具制造等领域。

�崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳崳嵵圃臁Ｄ壳岸源蟪叽绻ぜ�公差的选取，的测试结果，大尺寸测量的均方差与直径大致呈线性宜从≥IT6起。（B．S．1916－1963）关系。在英国标准“极限与配合”

中引用了NPL的试验数据，指出了对大尺寸测量误差的统计，均方差为15～30μm，最小为10μm。

（3）对大尺寸的配合，不宜规定孔比轴低一级，目

前以采用同级孔、轴配合为宜。

（4）除采用互换性配合外，还宜采用配制配合。

（5）要特别注意测量误差对配合性质的影响。

参

考

文

献

［1］2006．王伯平．互换性与技术测量［M］．北京：机械工业出版社，［2］．北京：中国计量出版社出版社，李柱．互换性与技术测量基础［M］

1984．

3大尺寸工件公差与配合的注意事项

通过上述论述后，考虑到大尺寸工件在测量误差

方面以及其它方面的一些特性，在选择或者确定大尺寸公差与配合的时候，就要和中小尺寸工件加以区别，并注意以下方面：

（1）在大尺寸的公差单位公式中应充分反映测量误差的影响。

（2）大尺寸的IT6级远比中等尺寸的IT6级难以

·96

·

第一作者:崔丽娟，硕士，副教授，主要从事机械类课程的教学和研究。

(编辑

李

静)

（收稿日期：2012－08－28）

文章编号：131029

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1

1．1

FDM工艺原理与工艺特点

工艺原理

熔融沉积又叫熔丝沉积、熔化堆积法

［2］

京殷华公司MEM300FDM成型机为例，如图2

。

3

，它是将

3．1

FDM的支撑设计

设计支撑的原因

FDM成形中，每一个层

丝状的热熔性材料加热熔化，通过带有一个微细喷嘴

［3］

的喷头挤压出来。熔融沉积成型工艺的材料一般ABS、PC、如蜡、尼龙等，以丝状供料，丝是热塑性材料，

状热塑性材料或其他热塑性材料由供丝机构送进喷

头，在喷头中加热到熔融态，或在压力容器加热，经喷按照计算机给嘴挤出；熔融态的丝状材料被挤压出来，

随喷头的运动，选择性地涂覆在工出的截面轮廓信息，

作台的制件基座上，并快速冷却固化；一层完成后喷头

上升（或工作台下降）一个层高，再进行下一层的涂覆，如此循环，最终形成三维产品1．2

［4］

片都是在上一层上堆积而

成，上一层对当前层起到定

位和支撑的作用。随着高度的增加，层片轮廓的面积和形状都会发生变化，当形状发生较大的变化时，上层轮廓就不能给当前层提供充分的定位和支撑作用，这就需要设计一些辅助结———“支撑”，构以保证成形过程的顺利实现。3．2支撑的种类

FDM技术提供两种类型的支撑：

（1）WaterWorks（水溶性支撑）：可以分解于碱性水溶剂的可溶解性支撑结构；

（2）BreakAwaySupportStructure（BASS）（易剥离

由手工将支撑从工件表性支撑）：水溶性支撑的前身，面剥离以移除。

水溶性支撑因为可以不用考虑机械式的移除，所

以可以接近于细小的特征，因而用得更广泛。3．3

支撑的实现

根据STL文件判断成形过程所需要的支撑，由计

。

工艺特点

（1）该工艺不使用激光，维护简单，成本低；（2）选

不会在设备中或附近形成粉末或液体污用丝材清洁，

染，易于更换、保存；（3）后处理简单，仅需要几分钟时

间可以剥离支撑，原型即可使用；（4）成型速度较快，

3

一般较高的成型速度可以达到30～80cm/h。

2FDM双喷头工艺设备

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，双喷头原理图如图1所示。一个喷头负责逐层喷堆原型，另一个喷头负责喷堆支

支撑是为了支撑原型悬空部分，可选用比较廉价的撑，材料

［5］

算机设计出支撑结构，然后对STL格式文件分层切

片，最后根据每一层的填充路径，将信息输给成形系统完成模型的成形。

4

4．1

FDM工艺过程

启动Aurora软件

Aurora软件是快速成型软件，它输入STL模型，进

，防止原型因自重而变形。以下实验描述以北

行分层等处理后输出到快速原型系统，可以方便快捷地得到模型原型。4．2

载入三维模型（STL文件）

STL格式是快速成型领域的数据转换标准，几乎

Pro/E、Auto-所有的CAD系统都支持该格式，如UG、CAD、SolidWorks等，在CAD系统或反求系统中得到零

［6］件三维模型后，可将其以STL格式输出至Aurora软件，载入STL文件后，系统开始读入STL模型，并在最下端的状态条显示已读入的面片数和顶点数。读入模

型后，系统自动更新，显示STL模型。通过软件中的三维模型操作，即坐标变换、模型分割、分解、合并和排样等命令对载入的三维模型进行变换和布局。4．3选择分层参数进行分层

对已经布局好的三维模型进行分层，分层参数包

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