熔融沉积成型工艺的特点与应用

熔融沉积成型（Fused Deposition Modelling， FDM）是20世纪80年代末，由美国Stratasys公司的斯科特·克伦普（Scott Crump）发明的一项3D成型技术，是继光固化快速成型和叠层实体快速成型工艺（LOM）后的另一种应用比较广泛的3D打印技术。1992年，Stratasys公司推出世界上第一款基于FDM技术的3D打印机—“3D造型者”（3D Modeler），标志着FDM技术步入商用阶段。国内方面，对于FDM技术的研究最早在包括清华大学、西安交大、华中科大等几所高校进行，其中清华大学下属的企业于2000年推出了基于FDM技术的商用3D打印机，近年来也涌现出多家将3D打印机技术商业化的企业。

FDM属于“丝材挤出热熔成型”，如图3-3所示，为FDM技术原理图。

图3-3　FDM技术原理

熔融沉积成型工艺是基于CAD模型切片后得到的几何信息，由计算机控制喷头，将丝状（直径约2mm）或者粒状熔融性材料通过喷头加热熔化，喷头底部带有微细喷嘴（直径一般为0.2～0.6mm），材料以一定压力挤喷出来，同时喷头沿水平方向移动，挤出的材料与前一个层面熔结在一起，一个层面沉积完成后，工作台垂直下降一个层的厚度，再继续熔融沉积，直至完成整个实体造型。FDM工艺的关键是保持原材料从喷嘴中喷出、熔融状态下的温度刚好在凝固点之上，通常控制在比凝固点高1℃左右。如果温度太高，会导致打印物体的精度降低，模型变形偏移等问题；如果温度太低，则容易导致喷头被堵住，导致打印失败。

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图3-4　FDM使用耗材

图3-5　FDM打印案例

FDM成型工艺已经基本成熟，大多数FDM设备具备以下特点：实体内部以网格路径填充，使原型表面质量更高；设备以数控方式工作，刚性好，运行平稳；可以对STL格式文件实现自动检验和修补；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，整体成本不高。用蜡成型的零件模型，能够用于失蜡铸造；利用PLA、ABS成型的模具具有较高的强度，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，所以该技术在国内得到了快速发展。