3D打印技术应用实例：熔丝桌面级打印

桌面级3D打印的原理其实一点都不复杂，其运作原理和传统打印机工作原理基本相同，也是用喷头一点点“磨”出来的。只不过3D打印喷的不是墨水，而是树脂、塑性材料等。然后通过计算机控制利用FDM技术把打印材料一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。图3-1为基于FDM熔丝桌面级3D打印原理。

图3-1 FDM熔丝桌面级3D打印原理

熔融沉积成型（FDM）工艺的材料一般是热塑性材料，如ABS、PLA、蜡、PC、尼龙等，以丝状供料。材料在喷头内被加热熔化，喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速固化，并与周围的材料粘结。每一个层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构——“支撑”，对后续层提供定位和支撑，以保证成型过程的顺利实现。这种基于FDM的桌面级3D打印工艺不用激光，使用、维护简单，成本较低。用蜡成型的零件原型，可以直接用于失蜡铸造。用ABS制造的原型因具有较高强度而在产品设计、测试与评估等方面得到广泛应用。

下面以世界技能大赛作品孔明锁的3D打印为例介绍熔丝3D打印的过程。该产品应用的软件为三维CAD设计软件中望3D，设备为Objet公司的熔丝3D打印机，如图3-2所示。

图3-2 孔明锁作品3D设计模型及3D打印模型

第一步：由于3D打印机一般接收的文件格式为STL，所以应首先将设计好的模型数据用中望3D输出，转为STL格式。一般的CAD软件都有完整的STL输出数据接口，专用于与3D打印软件无缝接合。选择“文件”菜单的“3D打印”选项（图3-3），可以自动切换到专用3D打印软件界面，无须手动转换STL格式，进行3D打印编程工作。

第二步：把孔明锁魔方STL文件输入3D打印机对应的打印管理软件，由于3D打印机有一个最大打印尺寸，可以根据打印机的可打范围对产品的位置、放置方向、比例大小和打印属性进行调整。Objet公司的3D打印机可以通过Objet Studio打印管理软件来对打印产品进行输出前的产品调整并指定打印材料。相关设置完毕就可以输出到3D打印机进行实际的产品打印。如图3-4所示。

可以根据实际需要对零件调整比例，从图3-4可知原始大小已经适合打印操作，调整产品放置位置，放置在打印工作台范围内。

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图3-3 选择“文件”菜单的“3D打印”选项

图3-4 自动调整工件位置

第三步：指定相应的打印材料，如ABS丝材。

第四步：根据要求选择打印模式，如图3-5所示，不同的打印模式所需要的时间和打印出来的产品品质都是不一样的。

从图3-5可见，打印高质量模型所需加工时间为02：34，产品质量为47g，支撑质量为36g，所需材料总质量为83g，最后待打印机完成打印就可以把产品取出来，如图3-6所示。

图3-5 选择打印参数

图3-6 3D打印过程与作品实例