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60 熔融 沉积 FDM3D 打印机 设计 CAD 图纸

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内容简介：

60型熔融沉积FDM3D打印机设计文献综述摘 要：3D打印正在改变我们的世界，它正在加速我们创意的思考，打破产品造型设计的流程。它不需要传统的刀具、夹具及多道加工工序，仅利用三维设计数据在一台设备上即可快速而精确地制造出任意复杂形状的零件。现在3D打印技术越来越普遍，不再是昂贵遥不可及的科技产品。从2008年开始，许多3D打印专利技术逐渐到期，3D打印开始出现许多桌上型及微型化的设计。价格变的亲民，操作上也变得简单好用。熔融沉积成型技术（FDM）是3D打印成型技术中应用较为广泛的一类技术，由于FDM的耗材保存容易、使用的地点与环境受限也不多，才逐渐成为目前市场上的主流。但是，熔融沉积成型技术也存在很多缺点，如：精度低、速度、表面粗糙、喷头容易堵塞等。因此，熔融沉积成型技术（FDM）主要是用以作为新产品设计开发过程中的概念模型或者形状功能测试，难以直接制造出可应用的“功能性零件”。关键词：FDM；3D打印；熔融沉积Abstract: 3D printing is changing our world, accelerating our creative thinking and breaking the process of product design. It doesnt need traditional tools, jigs and multiple machining processes, and can quickly and accurately manufacture parts with any complex shape on one device only by using three-dimensional design data. Nowadays, 3D printing technology is becoming more and more popular, and it is no longer an expensive and unreachable technology product. Since 2008, many patented technologies of 3D printing have gradually expired, and many desktop and miniaturized designs have appeared in 3D printing. The price becomes close to the people, and the operation becomes simple and easy to use. Fused deposition molding technology (FDM) is a widely used technology in 3D printing and molding technology. FDM has gradually become the mainstream in the current market because of its easy storage of consumables and limited use place and environment. However, the fusion deposition molding technology also has many shortcomings, such as low precision, speed, rough surface, easy blockage of nozzles and so on. Therefore, Fused Deposition Molding (FDM) is mainly used as a conceptual model or shape function test in the process of new product design and development, and it is difficult to directly manufacture applicable functional parts.Key words:FDM; 3D printing; Melt deposition1. 3D打印机的发展3D打印机国内外发展简介3D 打印机是通过增材制造过程，利用塑料或其他材料制作物件的一种机器。增材制造采用自下而上逐层堆积的方式制造物件。3D打印机简化并加快了制作原型和成品的过程，过程简单、功能强大、安装的范围十分广泛。根据3D打印机的成型技术、应用领域、打印尺寸精度不同、打印材料不同，3D打印机大致分为三类：FDM、SLA/DLP和SLS。目前市面上占有率最高的是FusedDepositionModeling（FDM）。FDM的每一层平面的堆叠就像是在挤牙膏一样，将耗材加热后，一条一条的挤出来，整齐的排列成一个平面；每完成一个平面，就在完成的平面上再挤上第二个平面反复的进行到物体完成为止，而耗材部分以环保的PLA材质最为热门另外坚硬的ABS、韧性极佳的尼龙、仿木纹金属或软Q的弹性材料也都是FDM可以使用的。由于FDM的耗材保存容易、打印范围较大、使用地点与环境受限也不多才逐渐成为目前市场上的主流。2. 3D打印机的原理熔融沉积成型（FDM）3D打印技术的成型原理如图所示：首先将丝状热塑性材料由送丝机构送至FDM喷头，FDM喷头通过热电偶将其中的丝材加热至熔融态：计算机根据模型截面数据控制FDM喷头在X-Y平面内作二维扫描运动，同时通过喷嘴将半流动状态的材料均匀地挤出并铺撒在工作平台上，待其冷却后沉积固化形成一层新的薄层截面；每打印完成一层截面，计算机控制Z轴电机使工作平台降低一个层厚高度，开始打印下一层截面；每一层新打印成型的截面都沉积并粘结在上一层面上，如此循环往复，直至整个零件模型打印完毕。图1 FDM3D打印机模型简图3. 3D打印机性能分析FDM 3D 打印技术以其自身灵活性和多功能性而闻名。该技术本身具有很高的成本收益。无论是桌面机还是工业机，FDM技术都可以高度适应各种设置，并且可以生产出从快速原型到最终使用的任何标准的零件。除了成本低廉之外，该技术的后期维护成本也非常经济。对于一般的保养和维护，零件和电机以及电力的修理和更换，都凸显出FDM是迄今为止使用的最具成本效益的3D打印技术。FDM 3D 打印机可用各种常见材料。从可食用的食品到塑料和金属，几乎任何可以制成细丝的原材料都可以用于FDM 3D 打印机。任何技术都有它的优势，当然也有它的劣势。FDM 3D 打印机的优点：1. 操作简单，维护成本低，系统运行安全；2. 成型材质材料性能好，强度比较高；3. 用蜡成型的零件原型可以直接用于熔模铸造；4. 原材料在成型过程中无化学变化；5. 使用多种材质打印。FDM 3D 打印机的缺点：1. 成型件的表面有明显的条纹，较粗糙，不适合高精度精细小零件的应用；2. 沿成型轴垂直方向的强度比较弱；3. 需要设计与制作支撑结构；4. 需要对整个截面进行扫描涂覆，成型时间较长；5. 支撑去除相对麻烦。4. 应用和前景展望三维打印机的工作原理类似于传统的打印技术，但在外接设备中，利用计算机软件设计3D模型，完成数字分析，其原理类似于医学显微镜下观察组织切片的实验，设计模型是所需的切片样品，通过将设计模型以极小的薄片层层叠放，直至打印出与模型相同的产品，最终固体成型。众所周知，传统的印刷技术是通过喷墨技术将油墨涂在纸上，这也是印刷的起源，3D打印最大的不同之处在于，它所用的材料不是油墨，而是真正的特殊材料，当然，由于当前技术的限制，材料不能任意选择，而是有一定类型，但又有重大突破。本文主要介绍了3D打印技术在医疗领域、道路交通领域、航天领域的应用。1.医疗现有医疗技术已经能够支持人工器官的正常工作，但是人工器官成本高、寿命短、易感染，而3D打印技术的出现，则很好地解决了这个问题，利用钛合金作为原料，通过11比例的真实器官还原，可以最大程度地模拟人体自身器官的形状和功能，当然，模型的设计也非常复杂，需要大量的精密计算，讨论具体操作的可实施性，最后才能实现器官的替代；众所周知，3D打印可以在分子水平上还原“物质”，而胶囊类或固体颗粒类的药物都是由分子组成，因此可以采用这种技术打印药物，这样既节省了时间，又节省了临床上还处于试验阶段的药物，既能保存药物的资料，又能根据临床反应调整分子结构，这种方法不仅能缩短研制周期，又能节省人力物力。2.公路运输。在国外，3D打印技术在高速公路上的应用已被实践证明是可行的，采用3D打印技术直接打印高速公路，只需在辅助设计软件中设计好的公路模型，增加原材料，这种打印机虽然在大型机械上使用，但工作原理相同；此外，在公路维修中，使用3D打印技术更为方便快捷；现有的施工技术都是现场施工，这种方法耗时费力，且受地形、天气等外部因素的影响，如果采用3D打印技术，就可以实现在外地施工，如桥梁、路基等，产品成型后直接装车到现场拼装，可以说操作更简单，更安全，更灵活。3.航空航天3D打印技术在航天领域起到了很大的作用，众所周知，飞行器零件都是非常精密的，理论上不会有任何误差，但在流水线式的生产过程中，难免会出现不符合要求的情况。使用3D打印技术可以最大程度地避免这种情况，原材料在喷头内溶解，通过3D模型生成专用软件将模型生成并传送到打印机的接收设备，喷头按照预定的轨道运转，堆叠，铺盖，最终形成符合要求的部件，通过配合使用大型3D打印机，可实现模块化生产，即节省资源，又高效。现在国内印刷行业仍然依赖传统印刷，3D打印技术还没有形成规模，更别提产业链了，但是未来3D打印将会取代传统印刷，3D打印的应用范围将会越来越广，上述应用领域只是其中一个很有代表性的方面，其他行业如艺术品设计、建筑沙盘设计、制造零件生产等，3D打印渗透到各行各业，可以说是大势所趋，它与我们的生产生活紧密相连，不可分割，甚至可以实现全民化，这使得使用3D打印技术的人群越来越多，而随着使用程度的不断加深，也会出现新的技术应用其中，形成反面，不断提高整个行业的水平，最终形成完善的产业链。但是当前的3D打印技术还存在很多问题，3D打印材料的选择性不强，只有特定的材料才能做到高温溶解、还原，模型的可伸缩性、可塑性等一系列性能的表现会受到一定的影响，而且由于材料的局限性，计算机计算速度的限制，打印某些复杂、精密的模型，需要很长的时间才能绘制，在现有技术下，不断研究合适的新材料，对打印技术的创新，总之，不断提高用户的体验感，技术人员可以从这两个方面对3D打印技术进行开发、研究。5. 总结三维打印技术的出现填补了印刷业的空白，也对传统印刷产生了冲击，3D打印技术凭借其操作性强，方便实用，节省资源等优点而占据着不可撼动的地位，真正实现了跨行业、多学科的交叉渗透，可以想象，在未来的生活中，3D打印将遍及生活的每一个角落，但在当下，提升用户的体验感，最大限度地改善现有的技术壁垒，这些都是需要技术人员解决的问题。参考文献1 张宁宁,陈永增,阮育娇,郑鹏.熔融沉积成型3D打印机的基础几何误差分析J.计量与测试技术,2017,44(09):4-6+9.2 韩江,王益康,田晓青,江本赤,夏链.熔融沉积(FDM)3D打印工艺参数优化设计研究J.制造技术与机床,2016(06):139-142+146.3 Weimin Yang, Ranran Jian,Research on Intelligent M