第5章 熔融沉积成型工艺及材料

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5.2 成型原理及工艺
5.2.2 成型工艺 2.成型过程
双喷头设计，两个喷头分别成型模型实ຫໍສະໝຸດ Baidu材料和支撑材料。
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5.2 成型原理及工艺
5.2.2 成型工艺 3.后处理
对原型进行表面处理，除了去除支撑外，还包括对模型的抛光打磨。
机械处理 热处理 表面涂层处理 化学处理
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5.2 成型原理及工艺
5.2.3 工艺特点
优点： （1）运行成本低，操作和维护简单 （2）成型材料广泛 （3）环境友好，安全环保 （4）后处理简单 （5）易于搬运，对环境无限制
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5.2 成型原理及工艺
5.2.1 成型原理
3.喷头内熔体流动性 2）锥形圆管中的熔体流动 整个流道中的总压力差∆P为两段圆形管道和
一段锥形管道三段压力差之和。
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5.2.1 成型原理 4.丝材粘结机理
5.2 成型原理及工艺
材料确定条件下，丝材粘结界面温度越高，有效扩散时间越充分，分 子运动就越剧烈，丝材中越过界面的分子扩散量越多。
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3D打印成型工艺及材料
第5章 熔融沉积成型工艺及材料
3D打印技术研究所
熔融沉积成型工艺及材料 Nantong Institute of Technology
1
概述
2
成型原理及工艺
3
成型系统
4
成型材料
5
成型影响因素
6
典型应用
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5.2.1 成型原理 2.喷头内熔体的热平衡
5.2 成型原理及工艺
热平衡的一般形式为：
进入系统的热流-离开系统的热流+ 单位时间内系统产生的热量=单位时 间内系统内存储的热量
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5.2 成型原理及工艺
5.2.3 工艺特点
缺点： （1）成型件成型精度较低 （2）成型件易发生层间断裂现象 （3）需要设计和制作支撑结构 （4）成型时间较长，不适合成型大型件
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5.3 成型系统
FDM成型系统主要由机械系统和控制系统两部分组成： 机械系统主要包括框架支撑系统、三轴运动系统、喷头打印系统等； 控制系统主要由硬件系统和软件系统组成。
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5.2.2 成型工艺 1.前处理
5.2 成型原理及工艺
01
CAD三 维建模
02
STL文件 转换及修 复
03
确定摆放 方位
04 切片分层
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5.2 成型原理及工艺
5.2.2 成型工艺
5.2 成型原理及工艺
5.2.1 成型原理
3.喷头内熔体流动性
喷嘴流道由直径分别为D1和D2的等截面圆管 和由D1过渡到D2的锥形圆管组成。锥形圆管能
更好的减小流道直径突变所带来的阻力变化，
还可以避免发生局部紊流现象。直径为D2的末
端圆管用于熔体挤出成型前的稳定性流动，以 便成型更精确稳定的尺寸。不同流道内的流场 导致各个流道出现不同压力差。
5.1 概述
Scott Crump于1988年首先提出了熔融沉积成型思 想，并在同年成立了Stratasys公司。
Stratasys公司从1993年开始先后推出了FDM1650 、FDM2000、FDM3000和FDM8000等机型。
1998年推出的FDM-Quantum机型，采用挤出头磁 浮定位系统，可同时独立控制两个喷头，其中一个喷 头用于填充成型材料，另一个喷头用于填充支撑材料， 其造型速度为过去的5倍。
2.成型过程
在计算机控制下，电机驱动送料机构使丝材不 断地向喷头送进，丝材在喷头中通过加热器将其加 热成熔融态，计算机根据分层截面信息控制喷头沿 一定路径和速度移动，熔融态材料从喷头中不断被 挤出，随即与前一层粘结在一起。每成型一层，喷 头上升一截面层的高度或工作台下降一个层的厚度， 继续填充下一层，如此反复，直至完成整个实体造 型。
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5.2 成型原理及工艺
5.2.1 成型原理
3.喷头内熔体流动性 1）等截面圆形管道中的熔体流动
假设熔体沿z向流动是等温且稳定的，忽略入口 效应且流动是充分发展的，则此时的流动流场 可简化为z方向单向流动。
压力差为：
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5.2 成型原理及工艺
5.2.1 成型原理
1.熔融挤出过程 FDM工艺采用喷头加热器将丝状或粒状热熔性材料加 热熔化，并以极细丝状从喷嘴挤出。 在温度达到丝材软化点之前，丝材与加热腔之间有
一段间隙不变的区域，称为加料段。 随着丝材表面温度升高，物料熔化，形成一段丝材
Stratasys公司的Mojo、Dimension、uPrint和 Fortus等多个产品均采用FDM为核心技术。
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5.1 概述
桌面级FDM成型设备： MakerBot公司的MakerBot Replicator系列 3D Systems公司的Cube系 列 北京太尔时代公司的UP系列 杭州先临公司的Einstart系列
直径逐渐变细直到完全熔融的区域，称为熔化段。 在物料被挤出口之前，有一段完全由熔融物料充满
机筒的区域，称为熔融段。
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5.2 成型原理及工艺
5.2.1 成型原理 2.喷头内熔体的热平衡
假设喷头内部温度处处相等，沿喷头接触方向不存在热流。
QME：随熔体进入喷嘴的热量 QMA：喷头中被对流带走的热量 QRAD：喷头中以热辐射方式失去的热量 Q耗：喷头中单位时间内的热量耗散 QH ：加热系统供给的热量 QCA ：空气中流失的热量