3D打印工藝——FDM工藝簡介

格融沉積快速成型(Fused Deposion Modeling, FDM)是繼光固化快速成型和疊層實體快速成型工藝后的另一種應用比較廣泛的快速成型工藝。該技術是當前應用較為廣泛的一種3D打印技術，同時也是最早開源的3D打印技術之一。該工藝方法以美國Sratasys公司開發的FDM制造系統應用最為廣泛。該公司自1993年開發出第一臺FDM1650機型后，先后推出了FDM2000、FDM3000、FDM8000及1998年推出的引人注目的FDM Quantum機型。FDMQuantum機型的最大造型體積達到600mm×500mm×600mm。國內的清華大學也較早地進行了FDM工藝商品化系統的研制工作，并推出熔融擠壓制造設備MEM250等。

具體操作如下：

準備階段：首先，根據3D模型的設計，對其進行切片處理，即將3D模型分解成一系列二維薄片。這一步是為了便于后續的控制和管理。

打印階段：切片完成后，3D打印機將熔融的材料（通常為ABS或PLA）從耗材卷中通過噴嘴擠出，然后均勻地堆積在工作臺上。噴嘴會將材料加熱至液態，隨后擠出，形成一層薄薄的塑料層。工作臺隨后下降，以便下一層能夠被打印。這個過程不斷重復，直至整個3D模型構建完成。

后處理：打印完成后，還需要進行一些后處理工作，如移除多余的支撐材料，并進行打磨和涂漆等表面處理，提高打印模型的外觀質量和質感。

3D打印工藝——FDM工藝的特點

FDM的優點是材料利用率高，可選材料種類多、工藝簡潔，但成型精度更高、成型實物強度更高，并且可以彩色成型。其缺點是精度低，復雜構件不易制造，懸臂件需加支撐，而且成型后表面粗糙。該工藝適合于產品的概念建模及形狀和功能測試，中等復雜程度的中小原型不適合制造大型零件。

優點：

1)系統構造原理和操作簡單，維護成本低，系統運行安全。

2)可以使用無毒的原材料，設備系統可在辦公環境中安裝使用。

3)用蠟成型的零件原型，可以直接用于失蠟鑄造。

4)可以成型任意復雜程度的零件，常用于成型具有很復雜的內腔、孔等零件。

5)原材料在成型過程中無化學變化，制件的翹曲變形小。

6)原材料利用率高，且材料壽命長。

7)支撐去除簡單，無須化學清洗，分離容易。

缺點：

1)成型件的表面有較明顯的條紋。

2)沿成型軸垂直方向的強度比較弱。

3)需要設計與制作支撐結構。

4)需要對整個截面進行掃描涂覆，成型時間較長。

5)原材料價格昂貴。

3D打印技術主要的使用材料

FDM 3D打印技術主要的使用材料為ABS

(1)ABS塑料

ABS塑料具有優良的綜合性能，其強度、柔韌性、機械加工性優異，并具有更高的耐溫性，是工程機械零部件的優先塑料。

ABS塑料的缺點是在打印過程中會產生氣味，而且由于ABS的冷收縮性，在打印過程中模型易與打印平板產生脫離。

(2)PLA塑料

PLA塑料是當前桌面式3D打印機使用最廣泛的一種材料。PLA塑料是生物可降解材料，使用可再生的植物資源(如玉米)所提出的淀粉原料制成。

3D打印工藝——熔融沉積快速成型技術的應用

FDM快速成型技術已被廣泛應用于汽車、機械、航空航天、家電、通信、電子、建筑、醫學、玩具等產品的設計開發過程，如產品外觀評估、方案選擇、裝配檢查、功能測試、用戶看樣訂貨、塑料件開模前校驗設計以及少量產品制造等，也應用于政府、大學及研究所等機構。用傳統方法需要幾個星期、幾個月才能制造的復雜產品原型，用FDM成型法無需任何刀具和模具，很快便可完成。

(1)FDM在日本豐田公司的應用

豐田公司采用FDM工藝制作右側鏡支架和4個門把手的母模，通過快速模具技術制作產品而取代傳統的CNC制模方式，使得2000 Avalon車型的制造成本顯著降低，右側鏡支架模具成本降低20萬美元，4個門把手模具成本降低30萬美元。FDM工藝已經為豐田公司在轎車制造方面節省了約200萬美元。

(2)FDM在美國快速原型制造公司的應用

從事模型制造的美國Rapid Models & Prototypes公司采用FDM工藝為生產廠商Laramie Toys制作了玩具水槍模型。借助FDM工藝制作該玩具水槍模型，通過將多個零件一體制作，減少了傳統制作方式制作模型的部件數量，避免了焊接與螺紋連接等組裝環節，顯著提高了模型制作的效率。

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