《第6 章 快速成型典型工艺—熔融挤压沉积快速成型工艺与设备.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第6 章 快速成型典型工艺—熔融挤压沉积快速成型工艺与设备.ppt（32页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、熔融沉积快速成型制造技术熔融沉积快速成型制造技术邵金友邵金友 Email:Tel:Tel:13609182384、83399529先进制造技术研究所先进制造技术研究所机械制造系统工程国家重点实验室西五楼机械制造系统工程国家重点实验室西五楼B305概概 述述 n n 丝丝丝丝状状状状材材材材料料料料选选选选择择择择性性性性熔熔熔熔覆覆覆覆（Fused Fused Deposition Deposition ManufacturingManufacturing，简称简称简称简称FDMFDM），又称熔融沉积制造。），又称熔融沉积制造。），又称熔融沉积制造。），又称熔融沉积制造。n n FDMFDM快
2、快快快速速速速原原原原型型型型工工工工艺艺艺艺是是是是一一一一种种种种不不不不依依依依靠靠靠靠激激激激光光光光作作作作为为为为成成成成型型型型能能能能源源源源，而而而而将将将将各各各各种种种种丝丝丝丝材材材材加加加加热热热热熔熔熔熔化化化化或或或或将将将将材材材材料料料料加加加加热热热热熔熔熔熔化化化化、挤挤挤挤压压压压成成成成丝丝丝丝，逐逐逐逐线线线线、逐逐逐逐层层层层沉沉沉沉积积积积的的的的成成成成型型型型方方方方法法法法。此此此此工工工工艺艺艺艺通通通通过过过过熔熔熔熔融融融融丝丝丝丝料料料料的的的的逐逐逐逐层层层层固固固固化化化化来来来来构构构构成成成成三三三三维维维维产产产产品品品品
3、，以以以以该该该该工工工工艺艺艺艺制制制制造造造造的的的的产产产产品品品品目目目目前前前前的的的的市市市市场场场场占占占占有有有有率率率率约约约约为为为为6 6。n n 研研研研究究究究FDMFDM的的的的主主主主要要要要有有有有StratasysStratasys公公公公司司司司和和和和Med Med ModelerModeler公公公公司司司司。此此此此外，清华大学推出了外，清华大学推出了外，清华大学推出了外，清华大学推出了MEMMEM机型。机型。机型。机型。FDM成形的基本原理成形的基本原理 FDMFDM工作原理类似于标花蛋糕的制作。工作原理类似于标花蛋糕的制作。工作原理类似于标花蛋糕的
4、制作。工作原理类似于标花蛋糕的制作。1.1.丝丝丝丝状状状状热热热热塑塑塑塑性性性性材材材材料料料料或或或或其其其其它它它它热热热热塑塑塑塑性性性性材材材材料料料料由由由由供供供供丝丝丝丝机机机机构构构构送送送送进进进进喷喷喷喷头头头头，在喷头中加热到熔融态，或在压力容器加热，经喷嘴挤出。在喷头中加热到熔融态，或在压力容器加热，经喷嘴挤出。在喷头中加热到熔融态，或在压力容器加热，经喷嘴挤出。在喷头中加热到熔融态，或在压力容器加热，经喷嘴挤出。2.2.熔熔熔熔融融融融态态态态的的的的丝丝丝丝状状状状材材材材料料料料被被被被挤挤挤挤压压压压出出出出来来来来，按按按按照照照照计计计计算算算算机机机机
5、给给给给出出出出的的的的截截截截面面面面轮轮轮轮廓廓廓廓信信信信息息息息，随随随随喷喷喷喷头头头头的的的的运运运运动动动动，选选选选择择择择性性性性地地地地涂涂涂涂覆覆覆覆在在在在工工工工作作作作台台台台的的的的制制制制件件件件基基基基座上，并快速冷却固化。座上，并快速冷却固化。座上，并快速冷却固化。座上，并快速冷却固化。3.3.一一一一层层层层完完完完成成成成后后后后喷喷喷喷头头头头上上上上升升升升一一一一个个个个层层层层高高高高，再再再再进进进进行行行行下下下下一一一一层层层层的的的的涂涂涂涂覆覆覆覆，如如如如此循环，最终形成三维产品。此循环，最终形成三维产品。此循环，最终形成三维产品。此
6、循环，最终形成三维产品。FDM快速成形的系统组成快速成形的系统组成1.1.硬件系统硬件系统硬件系统硬件系统 硬硬硬硬件件件件系系系系统统统统由由由由机机机机械械械械系系系系统统统统（供供供供料料料料系系系系统统统统、喷喷喷喷头头头头、运运运运动动动动系系系系统统统统、Z Z向向向向升降系统）、加热系统和控制系统组成。升降系统）、加热系统和控制系统组成。升降系统）、加热系统和控制系统组成。升降系统）、加热系统和控制系统组成。2.2.软件系统软件系统软件系统软件系统 软件系统由几何建模和信息处理组成。软件系统由几何建模和信息处理组成。软件系统由几何建模和信息处理组成。软件系统由几何建模和信息处理组
7、成。硬件系统硬件系统1 1、机械系统、机械系统、机械系统、机械系统n n 机机机机械械械械系系系系统统统统由由由由运运运运动动动动机机机机构构构构、喷喷喷喷头头头头、供供供供料料料料系系系系统统统统等等等等单单单单元元元元组组组组成成成成，多多多多采用模块化设计，各个单元相互独立。采用模块化设计，各个单元相互独立。采用模块化设计，各个单元相互独立。采用模块化设计，各个单元相互独立。n n 运运运运动动动动单单单单元元元元只只只只完完完完成成成成扫扫扫扫描描描描和和和和喷喷喷喷头头头头的的的的升升升升降降降降动动动动作作作作，且且且且运运运运动动动动单单单单元元元元的的的的精度决定了整机的运动精
8、度。精度决定了整机的运动精度。精度决定了整机的运动精度。精度决定了整机的运动精度。n n供供供供料料料料系系系系统统统统完完完完成成成成材材材材料料料料的的的的输输输输送送送送，输输输输送送送送速速速速度度度度应应应应该该该该和和和和喷喷喷喷头头头头扫扫扫扫描描描描运运运运动动动动速度同步。速度同步。速度同步。速度同步。n n 加加加加热热热热喷喷喷喷头头头头在在在在计计计计算算算算机机机机的的的的控控控控制制制制下下下下，根根根根据据据据产产产产品品品品零零零零件件件件的的的的截截截截面面面面轮轮轮轮廓廓廓廓信息，作信息，作信息，作信息，作X-YX-Y平面运动和高度平面运动和高度平面运动和高
9、度平面运动和高度Z Z方向的运动。方向的运动。方向的运动。方向的运动。硬件系统和软件系统硬件系统和软件系统2 2、控制系统、控制系统、控制系统、控制系统 由由由由控控控控制制制制柜柜柜柜与与与与电电电电源源源源柜柜柜柜组组组组成成成成，用用用用来来来来控控控控制制制制喷喷喷喷头头头头的的的的运运运运动动动动以以以以及及及及加加加加热温度。热温度。热温度。热温度。3 3、软件系统、软件系统、软件系统、软件系统 软件系统由几何建模和信息处理组成。软件系统由几何建模和信息处理组成。软件系统由几何建模和信息处理组成。软件系统由几何建模和信息处理组成。（1 1）几几几几何何何何建建建建模模模模单单单单元
10、元元元是是是是设设设设计计计计人人人人员员员员借借借借助助助助三三三三维维维维软软软软件件件件，如如如如Pro/EPro/E，UGUG等等等等，来来来来完完完完成成成成实实实实体体体体模模模模型型型型的的的的构构构构造造造造，并并并并以以以以STLSTL格格格格式式式式输输输输出出出出模模模模型型型型的几何信息。的几何信息。的几何信息。的几何信息。（2 2）信信信信息息息息处处处处理理理理单单单单元元元元主主主主要要要要完完完完成成成成STLSTL文文文文件件件件处处处处理理理理、截截截截面面面面层层层层文文文文件件件件生生生生成成成成、填充计算，数控代码生成和对成形系统的控制。填充计算，数控
11、代码生成和对成形系统的控制。填充计算，数控代码生成和对成形系统的控制。填充计算，数控代码生成和对成形系统的控制。供料系统供料系统n n料丝自加压喷头：电机驱动橡胶辊子，将丝料送入喷头。料丝自加压喷头：电机驱动橡胶辊子，将丝料送入喷头。料丝自加压喷头：电机驱动橡胶辊子，将丝料送入喷头。料丝自加压喷头：电机驱动橡胶辊子，将丝料送入喷头。n n气压喷头：在气压的作用下，融化材料被送入成型喷头。气压喷头：在气压的作用下，融化材料被送入成型喷头。气压喷头：在气压的作用下，融化材料被送入成型喷头。气压喷头：在气压的作用下，融化材料被送入成型喷头。n n螺旋挤压喷头：由电机驱动螺杆转动，将丝料送入喷头。螺旋
12、挤压喷头：由电机驱动螺杆转动，将丝料送入喷头。螺旋挤压喷头：由电机驱动螺杆转动，将丝料送入喷头。螺旋挤压喷头：由电机驱动螺杆转动，将丝料送入喷头。料料 丝丝送丝辊送丝辊喷喷 头头加热圈加热圈料丝自加压式喷头结构简图料丝自加压式喷头结构简图螺螺 杆杆电电 机机加热器加热器送丝轮送丝轮料料 丝丝螺旋挤压喷头结构简图螺旋挤压喷头结构简图压缩空气压缩空气熔融材料熔融材料融化罐融化罐气压式喷头结构简图气压式喷头结构简图FDM快速成形技术的支撑快速成形技术的支撑 n n 设设设设计计计计支支支支撑撑撑撑的的的的原原原原因因因因：FDMFDM成成成成形形形形中中中中，每每每每一一一一个个个个层层层层片片片片
13、都都都都是是是是在在在在上上上上一一一一层层层层上上上上堆堆堆堆积积积积而而而而成成成成，上上上上一一一一层层层层对对对对当当当当前前前前层层层层起起起起到到到到定定定定位位位位和和和和支支支支撑撑撑撑的的的的作作作作用用用用。随随随随着着着着高高高高度度度度的的的的增增增增加加加加，层层层层片片片片轮轮轮轮廓廓廓廓的的的的面面面面积积积积和和和和形形形形状状状状都都都都会会会会发发发发生生生生变变变变化化化化，当当当当形形形形状状状状发发发发生生生生较较较较大大大大的的的的变变变变化化化化时时时时，上上上上层层层层轮轮轮轮廓廓廓廓就就就就不不不不能能能能给给给给当当当当前前前前层层层层提提提
14、提供供供供充充充充分分分分的的的的定定定定位位位位和和和和支支支支撑撑撑撑作作作作用用用用，这这这这就就就就需需需需要要要要设设设设计计计计一一一一些些些些辅辅辅辅助助助助结结结结构构构构“支支支支撑撑撑撑”，以保证成形过程的顺利实现。，以保证成形过程的顺利实现。，以保证成形过程的顺利实现。，以保证成形过程的顺利实现。n n根根根根据据据据STLSTL文文文文件件件件判判判判断断断断成成成成形形形形过过过过程程程程所所所所需需需需要要要要的的的的支支支支撑撑撑撑，由由由由计计计计算算算算机机机机设设设设计计计计出出出出支支支支撑撑撑撑结结结结构构构构，然然然然后后后后对对对对STLSTL格格格
15、格式式式式文文文文件件件件分分分分层层层层切切切切片片片片，最最最最后后后后根根根根据据据据每每每每一层的填充路径，将信息输给成形系统完成模型的成形。一层的填充路径，将信息输给成形系统完成模型的成形。一层的填充路径，将信息输给成形系统完成模型的成形。一层的填充路径，将信息输给成形系统完成模型的成形。FDM快速成形技术的支撑快速成形技术的支撑FDMFDM技术提供两种类型的支撑：技术提供两种类型的支撑：技术提供两种类型的支撑：技术提供两种类型的支撑：1.1.WaterWorksWaterWorks(水水水水溶溶溶溶性性性性支支支支撑撑撑撑):):可可可可以以以以分分分分解解解解于于于于碱碱碱碱性性
16、性性水水水水溶溶溶溶剂剂剂剂的的的的可可可可溶解性支撑结构。溶解性支撑结构。溶解性支撑结构。溶解性支撑结构。2.2.Break Break Away Away Support Support Structure Structure(BASS)(BASS)(易易易易剥剥剥剥离离离离性性性性支支支支撑撑撑撑):):水水水水溶溶溶溶性性性性支支支支撑撑撑撑的的的的前前前前身身身身，由由由由手手手手工工工工将将将将支支支支撑撑撑撑从从从从工工工工件件件件表表表表面面面面剥剥剥剥离离离离以以以以移移移移除。除。除。除。水水水水溶溶溶溶性性性性支支支支撑撑撑撑因因因因为为为为可可可可以以以以不不不不用用用
17、用考考考考虑虑虑虑机机机机械械械械式式式式的的的的去去去去除除除除，所所所所以以以以可以保证制件细小的特征，因而用的更广泛。可以保证制件细小的特征，因而用的更广泛。可以保证制件细小的特征，因而用的更广泛。可以保证制件细小的特征，因而用的更广泛。FDM支撑支撑制件制件FDM可能出现的缺陷可能出现的缺陷快速成形制件出现的缺陷分为表面缺陷和内部缺陷。快速成形制件出现的缺陷分为表面缺陷和内部缺陷。快速成形制件出现的缺陷分为表面缺陷和内部缺陷。快速成形制件出现的缺陷分为表面缺陷和内部缺陷。1.CAD1.CAD前处理和阶梯状表面形成的缺陷前处理和阶梯状表面形成的缺陷前处理和阶梯状表面形成的缺陷前处理和阶梯
18、状表面形成的缺陷 三三三三角角角角片片片片近近近近似似似似表表表表达达达达曲曲曲曲面面面面，可可可可能能能能会会会会丢丢丢丢失失失失细细细细节节节节信信信信息息息息；层层层层状状状状结结结结构构构构一一一一方方方方面面面面会会会会形形形形成成成成阶阶阶阶梯梯梯梯状状状状结结结结构构构构，形形形形成成成成台台台台阶阶阶阶效效效效应应应应，同同同同时时时时可可可可能能能能丢丢丢丢失阶梯内细节信息。失阶梯内细节信息。失阶梯内细节信息。失阶梯内细节信息。2.2.顶部缺陷顶部缺陷顶部缺陷顶部缺陷 由由由由于于于于喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴喷喷喷喷出出出出的的的的材材材材料料料料路路路路径径径径具具具具有有有有圆圆
19、圆圆形形形形的的的的顶顶顶顶面面面面，当当当当最最最最后后后后一一一一层层层层顶顶顶顶面面面面沉沉沉沉积积积积后后后后就就就就形形形形成成成成屋屋屋屋脊脊脊脊形形形形的的的的表表表表面面面面，这这这这样样样样的的的的屋屋屋屋脊脊脊脊形形形形表表表表面面面面需需需需要光滑处理。要光滑处理。要光滑处理。要光滑处理。屋脊形屋脊形FDM可能出现的表面缺陷可能出现的表面缺陷3.3.喷头起喷头起喷头起喷头起/停误差造成的缺陷停误差造成的缺陷停误差造成的缺陷停误差造成的缺陷 由由由由于于于于切切切切片片片片后后后后的的的的轮轮轮轮廓廓廓廓每每每每一一一一层层层层都都都都有有有有许许许许多多多多封封封封闭闭闭
20、闭的的的的边边边边界界界界，每每每每一一一一个个个个封封封封闭闭闭闭的的的的几几几几何何何何边边边边界界界界都都都都存存存存在在在在起起起起/停停停停点点点点，喷喷喷喷头头头头的的的的移移移移动动动动速速速速度度度度和和和和丝丝丝丝材材材材的的的的进进进进给给给给速速速速率率率率必必必必须须须须在在在在喷喷喷喷头头头头的的的的起起起起停停停停点点点点协协协协调调调调一一一一致致致致，否否否否则则则则就就就就会会会会造造造造成成成成材材材材料料料料的的的的过过过过剩剩剩剩和不足。和不足。和不足。和不足。正正正正确确确确的的的的作作作作法法法法是是是是：在在在在喷喷喷喷头头头头还还还还未未未未到到
21、到到达达达达终终终终点点点点时时时时，丝丝丝丝材材材材进进进进给给给给运运运运动动动动就就就就停停停停止止止止，在在在在余余余余压压压压的的的的作作作作用用用用下下下下，喷喷喷喷头头头头仍仍仍仍在在在在喷喷喷喷料料料料，直直直直至至至至喷喷喷喷头头头头到到到到达达达达终终终终点点点点。螺旋挤压喷头，可通过反向旋转控制送料。螺旋挤压喷头，可通过反向旋转控制送料。螺旋挤压喷头，可通过反向旋转控制送料。螺旋挤压喷头，可通过反向旋转控制送料。FDM可能出现的表面缺陷可能出现的表面缺陷4.4.撤除支撑时造成的缺陷撤除支撑时造成的缺陷撤除支撑时造成的缺陷撤除支撑时造成的缺陷 主主主主要要要要指指指指在在在
22、在去去去去除除除除易易易易剥剥剥剥离离离离性性性性支支支支撑撑撑撑（BASSBASS）时时时时，会会会会在在在在制制制制件件件件表表表表面留下一些毛刺和小凹坑。面留下一些毛刺和小凹坑。面留下一些毛刺和小凹坑。面留下一些毛刺和小凹坑。5.5.丝材截面配置（层叠加）形式引起的空洞缺陷丝材截面配置（层叠加）形式引起的空洞缺陷丝材截面配置（层叠加）形式引起的空洞缺陷丝材截面配置（层叠加）形式引起的空洞缺陷 堆堆堆堆积积积积出出出出的的的的三三三三维维维维模模模模型型型型的的的的内内内内部部部部结结结结构构构构特特特特性性性性主主主主要要要要取取取取决决决决于于于于快快快快速速速速制制制制件件件件空隙区
23、域或丝料黏结的横截面环形区域的密度。空隙区域或丝料黏结的横截面环形区域的密度。空隙区域或丝料黏结的横截面环形区域的密度。空隙区域或丝料黏结的横截面环形区域的密度。对对对对这这这这两两两两者者者者影影影影响响响响最最最最大大大大的的的的因因因因素素素素有有有有：丝丝丝丝料料料料挤挤挤挤出出出出温温温温度度度度TeTe、环环环环境境境境温温温温度度度度TcTc、丝料与丝料间的空隙、丝料的流速和截面配置方式。、丝料与丝料间的空隙、丝料的流速和截面配置方式。、丝料与丝料间的空隙、丝料的流速和截面配置方式。、丝料与丝料间的空隙、丝料的流速和截面配置方式。前前前前四四四四个个个个因因因因素素素素在在在在成
24、成成成形形形形过过过过程程程程中中中中一一一一般般般般是是是是不不不不变变变变的的的的，改改改改变变变变的的的的只只只只有有有有截截截截面配置方式。面配置方式。面配置方式。面配置方式。丝材配置（叠加）结构丝材配置（叠加）结构n n对齐配置结构：是许多快速成对齐配置结构：是许多快速成对齐配置结构：是许多快速成对齐配置结构：是许多快速成形机采用的标准结构配置。形机采用的标准结构配置。形机采用的标准结构配置。形机采用的标准结构配置。n n非对齐配置结构非对齐配置结构非对齐配置结构非对齐配置结构 截面配置方式分为对齐配置机构和非对齐配置结构。截面配置方式分为对齐配置机构和非对齐配置结构。截面配置方式分
25、为对齐配置机构和非对齐配置结构。截面配置方式分为对齐配置机构和非对齐配置结构。FDM缺陷解决方法缺陷解决方法 1.1.环形填充式的中线空洞和光栅填充式的半周界空洞环形填充式的中线空洞和光栅填充式的半周界空洞环形填充式的中线空洞和光栅填充式的半周界空洞环形填充式的中线空洞和光栅填充式的半周界空洞 n n在在在在采采采采用用用用圆圆圆圆环环环环形形形形填填填填充充充充方方方方式式式式来来来来填填填填充充充充时时时时，可可可可以以以以将将将将每每每每一一一一层层层层截截截截面面面面划划划划分分分分成成成成多多多多个个个个环环环环形形形形面面面面，如如如如果果果果采采采采用用用用由由由由外外外外向向向
26、向内内内内填填填填充充充充，当当当当所所所所剩剩剩剩区区区区域域域域的的的的宽宽宽宽度度度度小小小小于于于于一一一一个个个个路路路路宽宽宽宽时时时时，就就就就认认认认为为为为环环环环形形形形面面面面已已已已经经经经填填填填充充充充完完完完毕毕毕毕，喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴将将将将移移移移动动动动到到到到其其其其它它它它为为为为填填填填充充充充的的的的环环环环形形形形面面面面区区区区域域域域。所所所所以以以以，不不不不可可可可能能能能使使使使设设设设置置置置的的的的路路路路宽宽宽宽正正正正好好好好将将将将所所所所填填填填充充充充的的的的环环环环形形形形面面面面全全全全部部部部填填填填满满满满，因因因因而
27、而而而，在在在在环环环环形形形形面面面面的的的的中心处常常留下一个狭长的空洞。中心处常常留下一个狭长的空洞。中心处常常留下一个狭长的空洞。中心处常常留下一个狭长的空洞。n n解解解解决决决决方方方方法法法法：改改改改变变变变环环环环形形形形填填填填充充充充的的的的算算算算法法法法，要要要要求求求求有有有有不不不不完完完完整整整整的的的的填填填填充充充充环环环环出现，也就是说允许宽度小于一个路宽时，继续填充。出现，也就是说允许宽度小于一个路宽时，继续填充。出现，也就是说允许宽度小于一个路宽时，继续填充。出现，也就是说允许宽度小于一个路宽时，继续填充。FDM缺陷解决方法缺陷解决方法n n 在在在在
28、采采采采用用用用光光光光栅栅栅栅填填填填充充充充方方方方式式式式时时时时，喷喷喷喷头头头头在在在在周周周周界界界界的的的的转转转转角角角角处处处处，存存存存在在在在一一一一个个个个急急急急转转转转弯弯弯弯的的的的运运运运动动动动轨轨轨轨迹迹迹迹，就就就就像像像像骑骑骑骑自自自自行行行行车车车车时时时时，本本本本来来来来是是是是沿沿沿沿着着着着直直直直道道道道走走走走，突突突突然然然然前前前前边边边边有有有有个个个个拐拐拐拐弯弯弯弯处处处处，这这这这时时时时并并并并没没没没有有有有刹刹刹刹车车车车，所所所所以以以以在在在在急急急急转转转转弯弯弯弯处处处处会会会会有有有有很很很很大大大大的的的的向
29、向向向心心心心力力力力，运运运运动动动动轨轨轨轨迹迹迹迹就就就就是是是是一一一一条条条条曲曲曲曲线线线线，这这这这样样样样，在在在在喷喷喷喷头头头头的的的的转转转转弯处就会有不足的材料填充，形成半周界的空洞。弯处就会有不足的材料填充，形成半周界的空洞。弯处就会有不足的材料填充，形成半周界的空洞。弯处就会有不足的材料填充，形成半周界的空洞。n n解解解解决决决决办办办办法法法法：在在在在光光光光栅栅栅栅与与与与周周周周界界界界的的的的转转转转角角角角处处处处增增增增加加加加材材材材料料料料的的的的流流流流动动动动速速速速率率率率或或或或者者者者改变光栅在转角处的路径。改变光栅在转角处的路径。改变
30、光栅在转角处的路径。改变光栅在转角处的路径。FDM缺陷解决方法缺陷解决方法2.2.路间缺陷路间缺陷路间缺陷路间缺陷 两种形式：两种形式：两种形式：两种形式：n n一一一一是是是是在在在在相相相相邻邻邻邻的的的的两两两两个个个个路路路路间间间间没没没没有有有有物物物物理理理理接接接接触触触触，形形形形成成成成空空空空洞洞洞洞缺缺缺缺陷陷陷陷，这这这这个缺陷容易观察到；个缺陷容易观察到；个缺陷容易观察到；个缺陷容易观察到；n n二二二二是是是是在在在在相相相相邻邻邻邻的的的的两两两两个个个个路路路路间间间间有有有有物物物物理理理理接接接接触触触触，但但但但黏黏黏黏结结结结的的的的不不不不牢牢牢牢，
31、这这这这种种种种接触不容易发现，会影响制件的强度。接触不容易发现，会影响制件的强度。接触不容易发现，会影响制件的强度。接触不容易发现，会影响制件的强度。解决方法：解决方法：解决方法：解决方法：1.1.控制相邻路间的黏结温度，使得接触的牢固控制相邻路间的黏结温度，使得接触的牢固控制相邻路间的黏结温度，使得接触的牢固控制相邻路间的黏结温度，使得接触的牢固2.2.控制材料的横向流动，填补空洞。控制材料的横向流动，填补空洞。控制材料的横向流动，填补空洞。控制材料的横向流动，填补空洞。FDM缺陷解决方法缺陷解决方法3.3.路径长度的影响路径长度的影响路径长度的影响路径长度的影响 当当当当沿沿沿沿着着着着
32、很很很很长长长长的的的的路路路路径径径径沉沉沉沉积积积积材材材材料料料料时时时时，在在在在沉沉沉沉积积积积下下下下一一一一道道道道材材材材料料料料时时时时，先先先先沉沉沉沉积积积积的的的的材材材材料料料料温温温温度度度度下下下下降降降降的的的的很很很很大大大大，因因因因此此此此，相相相相邻邻邻邻路路路路径径径径制制制制件件件件会会会会黏黏黏黏结结结结不不不不牢。牢。牢。牢。解决方法：选择合适的路径，如选择短边平行路径。解决方法：选择合适的路径，如选择短边平行路径。解决方法：选择合适的路径，如选择短边平行路径。解决方法：选择合适的路径，如选择短边平行路径。4.4.不一致的丝径不一致的丝径不一致的
33、丝径不一致的丝径 材材材材料料料料在在在在供供供供给给给给的的的的过过过过程程程程中中中中直直直直径径径径不不不不是是是是完完完完全全全全不不不不变变变变的的的的，当当当当丝丝丝丝径径径径有有有有变变变变化化化化时，就会造成沉积材料的过剩或者不足。时，就会造成沉积材料的过剩或者不足。时，就会造成沉积材料的过剩或者不足。时，就会造成沉积材料的过剩或者不足。解决方法：控制成形室的温度、送丝速度，使其均匀一致。解决方法：控制成形室的温度、送丝速度，使其均匀一致。解决方法：控制成形室的温度、送丝速度，使其均匀一致。解决方法：控制成形室的温度、送丝速度，使其均匀一致。气压气压FDM案例案例 选选择择石石
34、蜡蜡作作为为主主体体原原材材料料，利利用用硬硬脂脂酸酸盐盐对对其其改改性性。改改性性石石蜡蜡加加热热到到一一定定温温度度呈呈流流体体状状态态，在在气气压压作作用用下下，可可以以顺顺利利流流过过直直径径很很小的喷嘴，形成均匀的丝材。小的喷嘴，形成均匀的丝材。实实验验中中发发现现纯纯石石蜡蜡丝丝材材，因因为为表表面面黏黏度度低低，导导致致丝丝与与丝丝之之间间根根本本无无法法黏黏结结在在一一起起（见见图图1），因因此此无无法法作作为为气气压压熔熔融融挤挤压压快快速速成成形形材材料料。实实验验结结果果表表明明，随随着着硬硬脂脂酸酸镁镁含含量量的的增增加加，混混合合材材料料黏黏度度增增加；随着加热温度的
35、增加，黏度降低。加；随着加热温度的增加，黏度降低。纯石蜡的熔融挤压成型丝纯石蜡的熔融挤压成型丝图2 石蜡和硬脂酸镁混合材料的黏度测试051015202530354045747678808284T/Pas10:18:15:14:186Paraffin/magnesium stearate气压气压FDM案例案例 实实验验结结果果表表明明，挤挤出出材材料料的的速速度度随随加加热热温温度度和和气气体体压压力力的的升升高高而而增增大大，其其中中气气体体压压力力对对其其影影响响更更大大。采采用用西西安安交交通通大大学学研研制制的的气气压压熔熔融融挤挤压压快快速速成成形形系系统统，熔熔融融挤挤压压改改性性石
36、石蜡蜡材材料料，石石蜡蜡与与硬硬脂脂酸酸镁镁的的质质量量比比例例为为8：1，改改变变熔熔融融加加热热温温度和气压，测定熔融材料出丝速度。度和气压，测定熔融材料出丝速度。当当熔熔融融挤挤压压快快速速成成形形系系统统喷喷嘴嘴直直径径为为0.4mm时时，测测量量10s内内熔熔融融挤挤丝丝的的重重量量，用用于于评评价价熔熔融融挤挤丝丝速速度度，测测量量结结果果如如表表2所示。所示。气压气压FDM案例案例气压气压FDM案例案例10：1200m8：1200m(b)质量比为质量比为8:1混合材料丝材形貌混合材料丝材形貌(a)质量比为质量比为10:1混合材料丝材形貌混合材料丝材形貌石蜡和硬脂酸镁石蜡和硬脂酸镁
37、混合材料熔融挤压蜡丝形貌混合材料熔融挤压蜡丝形貌5：1200m(c)质量比为质量比为5:1混合材料丝材形貌混合材料丝材形貌气压气压FDM案例案例 采用 计算的直径标准偏差为0.8845m到2.236m。而质量比例为5：1的改性石蜡，一方面由于材料黏度较大，出丝缓慢、不顺畅，丝材直径明显增加，平均直径达到416.9m，而且，直径标准偏差达到8.725m，丝材直径均匀程度显著下降。气压气压FDM案例案例脱黏10cm10：1(a)石蜡和硬脂酸镁质量比为10:1混合材料快速成型制件形貌10cm8：1图4 改性石蜡熔融挤压快速成型制件形貌(b)石蜡和硬脂酸镁质量比为8:1混合材料快速成型制件形貌 从从制
38、制件件表表面面质质量量看看出出，石石蜡蜡与与硬硬脂脂酸酸镁镁质质量量比比为为10:1时时，丝丝与与丝丝之之间间黏黏结结不不牢牢固固，丝丝与与丝丝之之间间出出现现脱脱黏黏现现象象。当当石石蜡蜡与与硬硬脂脂酸酸镁镁质质量量比比为为8:1时时，层层与与层层之之间间没没有有出出现现脱脱黏黏现现象象，表表现现出出良良好好的的成成形性。形性。气压气压FDM案例案例1.5mm(a)正常速度时，丝材端面(b)速度过大时，丝材端面图5 挤丝速度对丝宽的影响ABCDEFObwh图6 丝的截面形状模型b:丝端面矩形模型宽度，w:丝端面组合模型宽度，h:丝端面模型高度（分层厚度）在在成成形形过过程程中中，挤挤出出的的
39、丝丝要要受受到到喷喷嘴嘴下下端端面面的的作作用用，同同时时在在填填充充方方向向上上还还受受到到已已堆堆积积丝丝的的拉拉伸伸作作用用，因因此此挤挤出出丝丝应应该该是是具具有有一一定定宽宽度度的的扁扁平平状状丝丝材材，如图如图5。喷喷嘴嘴出出丝丝速速度度、分分层层厚厚度度以以及及扫扫描描速速度度决决定定了了丝丝的的宽宽度度，而而丝丝的的宽宽度度决决定定了了扫扫描描间间距距的的设设置置。可可假假设设熔熔融融挤挤出出丝丝截截面面为为矩矩形形和和弧弧形形组组合合模模型型 5，如图，如图6。气压气压FDM案例案例熔融挤出丝的宽度：熔融挤出丝的宽度：图7 挤丝宽度计算结果11.21.41.61.822.22
40、.41416182022V/mm.s-1W/mm0.150.170.190.210.230.25分层厚度，h/mm气压气压FDM案例案例(a)ew(b)e=w(c)ew图图8 扫描间距对成型质量的影响扫描间距对成型质量的影响300m300m300mFDM成形工艺用材料成形工艺用材料 n n FDMFDM成形工艺所用材料为热塑性材料且为高分子化合成形工艺所用材料为热塑性材料且为高分子化合成形工艺所用材料为热塑性材料且为高分子化合成形工艺所用材料为热塑性材料且为高分子化合物，其材料主要是：物，其材料主要是：物，其材料主要是：物，其材料主要是：n nABSABS塑料；塑料；塑料；塑料；n n浇铸用蜡
41、；浇铸用蜡；浇铸用蜡；浇铸用蜡；n n人造橡胶；人造橡胶；人造橡胶；人造橡胶；n n聚脂热塑性塑料；聚脂热塑性塑料；聚脂热塑性塑料；聚脂热塑性塑料；FDM快速原型技术的优缺点快速原型技术的优缺点 一一一一.FDM.FDM快速原型技术的优点快速原型技术的优点快速原型技术的优点快速原型技术的优点 1.1.操操操操作作作作环环环环境境境境干干干干净净净净、安安安安全全全全可可可可在在在在办办办办公公公公室室室室环环环环境境境境下下下下进进进进行行行行。（没没没没有有有有毒毒毒毒气气气气或或或或化学物质的危险，不使用激光）化学物质的危险，不使用激光）化学物质的危险，不使用激光）化学物质的危险，不使用激
42、光）2.2.工艺干净、简单、易于操作且不产生垃圾。工艺干净、简单、易于操作且不产生垃圾。工艺干净、简单、易于操作且不产生垃圾。工艺干净、简单、易于操作且不产生垃圾。3.3.尺寸精度尺寸精度尺寸精度尺寸精度0.2mm0.2mm，表面质量，表面质量，表面质量，表面质量Ra1030mRa1030m。4.4.材料强度、韧性优良，可以装配进行功能测试。材料强度、韧性优良，可以装配进行功能测试。材料强度、韧性优良，可以装配进行功能测试。材料强度、韧性优良，可以装配进行功能测试。5.5.可快速构建瓶状或中空零件。可快速构建瓶状或中空零件。可快速构建瓶状或中空零件。可快速构建瓶状或中空零件。FDM快速原型技术
43、的优点快速原型技术的优点6.6.原原原原材材材材料料料料以以以以卷卷卷卷轴轴轴轴丝丝丝丝的的的的形形形形式式式式提提提提供供供供，易易易易于于于于搬搬搬搬运运运运和和和和快快快快速速速速更更更更换换换换。（运运运运行费用低）行费用低）行费用低）行费用低）7.7.可可可可选选选选用用用用多多多多种种种种材材材材料料料料，如如如如可可可可染染染染色色色色的的的的ABSABS和和和和医医医医用用用用ABSABS、PCPC、PPSFPPSF、浇铸用蜡和人造橡胶。浇铸用蜡和人造橡胶。浇铸用蜡和人造橡胶。浇铸用蜡和人造橡胶。FDM快速原型技术的缺点快速原型技术的缺点 1.1.精精精精度度度度较较较较低低低
44、低，难难难难以以以以构构构构建建建建结结结结构构构构复复复复杂杂杂杂的的的的零零零零件件件件。做做做做小小小小件件件件或或或或精精精精细细细细件件件件时时时时精度不如精度不如精度不如精度不如SLASLA。2.2.与截面垂直的方向强度小。与截面垂直的方向强度小。与截面垂直的方向强度小。与截面垂直的方向强度小。3.3.成形速度相对较慢，不适合构建大型零件。成形速度相对较慢，不适合构建大型零件。成形速度相对较慢，不适合构建大型零件。成形速度相对较慢，不适合构建大型零件。4.4.喷头容易发生堵塞，不便维护。喷头容易发生堵塞，不便维护。喷头容易发生堵塞，不便维护。喷头容易发生堵塞，不便维护。5.5.原材
45、料价格高。原材料价格高。原材料价格高。原材料价格高。6.6.材料利用率低。材料利用率低。材料利用率低。材料利用率低。FDM成形工艺的用途成形工艺的用途 FDMFDM成成成成形形形形工工工工艺艺艺艺干干干干净净净净，易易易易于于于于操操操操作作作作，不不不不产产产产生生生生垃垃垃垃圾圾圾圾，小小小小型型型型系系系系统统统统可可可可用用用用于于于于办办办办公公公公环环环环境境境境，没没没没有有有有产产产产生生生生毒毒毒毒气气气气和和和和化化化化学学学学污污污污染染染染的的的的危危危危险险险险，比比比比较较较较适适适适合合合合于于于于家家家家用用用用电电电电器器器器、办办办办公公公公用用用用品品品品
46、以以以以及及及及模模模模具具具具行行行行业业业业新新新新产产产产品品品品开开开开发发发发，以以以以及及及及用用用用于于于于假假假假肢肢肢肢、医医医医学学学学、医医医医疗疗疗疗、大大大大地地地地测测测测量量量量、考考考考古古古古等等等等基基基基于于于于数数数数字字字字成成成成像像像像技技技技术术术术的三维实体模型制造。的三维实体模型制造。的三维实体模型制造。的三维实体模型制造。喷嘴材料喷射技术调研大作业喷嘴材料喷射技术调研大作业n n喷嘴材料喷射技术n nPressure(Continuous)Pressure(Continuous)n nThermalThermaln nPiezoelectricPiezoelectricn nElectro-wettingElectro-wettingn nn n要求：n n描述流体在微管道内流动的影响因素描述流体在微管道内流动的影响因素n n详细描述每种方法的工作原理和工作方式详细描述每种方法的工作原理和工作方式