第五章熔融沉积快速成型工艺
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熔融温度低可以使材料在较低温度下挤出，有利于提高喷头和整个机械系统的寿命。可 以减少材料在挤出前后的温差，减少热应力，从而提高原型的精度。 材料的粘结性
FDM工艺是基于分层制造的一种工艺，层与层之间往往是零件强度最薄弱的地方，粘结 性好坏决定了零件成型以后的强度。粘结性过低，有时在成型过程中因热应力会造成层与层 之间的开裂。 材料的收缩率
快速成型与快速模具制造技术及其应用
机械工业出版社（第三版）
第五章 熔融沉积快速成型工艺
第五章熔融沉积快速成型工艺
第五章 熔融沉积快速成型工艺
熔融沉积快速成型（Fused Deposition Modeling，FDM）是继光固化 快速成型和叠层实体快速成型工艺后的另一种应用比较广泛的快速成型工 艺方法。该工艺方法以美国Stratasys公司开发的FDM制造系统的应用最为 广泛。该公司自1993年开发出第一台FDM1650机型后，先后推出了 FDM2000、FDM3000、FDM8000及1998年推出的引人注目的FDM Quantum机型，FDM Quantum机型的最大造型体积达到 600mm×500mm×600mm。此外，该公司推出的Dimension系列小型FDM 三维打印设备得到市场的广泛认可，仅2005年的销量就突破了1000台。国 内的清华大学与北京殷华公司也较早地进行了FDM工艺商品化系统的研 制工作，并推出熔融挤压制造设备MEM 250等。
图5-2 双喷头熔融沉积工艺的基本原理
第五章熔融沉积快速成型工艺
第一节 熔融沉积快速成型工艺基本原理和特点
2.熔融沉积成型工艺的特点
优点：
◎ 系统构造和原理简单，运行维护费用低（无激光器） ◎ 原材料无毒，适宜在办公环境安装使用 ◎ 用蜡成形的零件原型，可以直接用于失蜡铸造 ◎ 可以成型任意复杂程度的零件 ◎ 无化学变化，制件的翘曲变形小 ◎ 原材料利用率高，且材料寿命长 ◎ 支撑去除简单，无需化学清洗，分离容易 ◎ 可直接制作彩色原型
工作台按预定的增量下降一个层的厚度，
再继续熔喷沉积，直至完成整个实体造
型。
第五章熔融沉积快速成型图工5艺-1 熔融沉积制造工艺的基本原理
第一节 熔融沉积快速成型工艺基本原理和特点
将实芯丝材原材料缠绕在供料辊
上，由电机驱动辊子旋转，辊子
和丝材之间的摩擦力使丝材向喷
头的出口送进。在供料辊与喷头
之间有一导向套，导向套采用低
熔融沉积（Fused Deposition Modeling，
FDM）又叫熔丝沉积，它是将丝状的
热熔性材料加热熔化，通过带有一个微
细喷嘴的喷头挤喷出来，如果热熔性材
料的温度始终稍高于固化温度，而成型
部分的温度稍低于固化温度，就能保证
热熔性材料挤喷出喷嘴后，随即与前一
层面熔结在一起。一个层面沉积完成后，
摩擦材料制成，以便丝材能顺利
、准确地由供料辊送到喷头的内
腔。喷头的前端有电阻丝式加热
器，在其作用下，丝材被加热熔
融，然后通过出口涂覆至工作台
上，并在冷却后形成制件当前截
图5-1 熔融沉积制造工艺的基本原理
面轮廓。
第五章熔融沉积快速成型工艺
第一节 熔融沉积快速成型工艺基本原理和特点
熔融沉积快速成型工艺在原型制作时需 要同时制作支撑，为了节省材料成本和 提高沉积效率，新型FDM设备采用了双 喷头，如图5-2所示。一个喷头用于沉积 模型材料，一个喷头用于沉积支撑材料 。双喷头的优点除了沉积过程中具有较 高的沉积效率和降低模型制作成本以外 ，还可以灵活地选择具有特殊性能的支 撑材料，以便于后处理过程中支撑材料 的去除，如水溶材料、低于模型材料熔 点的热熔材料等。
第五章熔融沉积快速成型工艺
第二节 熔融沉积快速成型材料及设备
1. 熔融沉积快速成型材料
熔融沉积快速成型制造技术的关键在于热融喷头，喷头温度的控制要求使材 料挤出时既保持一定的形状又有良好的粘结性能。除了热熔喷头以外，成型材料 的相关特性（如材料的粘度、熔融温度、粘结性以及收缩率等）也是该工艺应用 过程中的关键。
第五章熔融沉积快速成型工艺
第五章 熔融沉积快速成型工艺
1 熔融沉积快速成型工艺的基本原理和特点 2 熔融沉积快速成型材料及设备 3 熔融沉积快速成型工艺过程 4 熔融沉积快速成型工艺因素分析 5 气压式熔融沉积快速成型系统
第五章熔融沉积快速成型工艺
第一节 熔融沉积快速成型工艺基本原理和特点
1.熔融沉积快速成型工艺的基本原理
由于挤出时，喷头内部需要保持一定的压力才能将材料顺利挤出，挤出后材料丝一般会 发生一定程度的膨胀。如果材料收缩率对压力比较敏感，会造成喷头挤出的材料丝直径与喷 嘴的名义直径相差太大，影响材料的成型精度。FDM成型材料的收缩率对温度不能太敏感， 否则会产生零件翘曲、开裂。
由以上材料特性对FDM工艺实施的影响来看，FDM工艺对成型材料的要求是熔融温度 低、粘度低、粘结性好、收缩率第小五。章熔融沉积快速成型工艺
较快
快
较慢
较慢
原型精度
高
较高
较低
较低
制造成本
较高
低
较低
较低
复杂程度
复杂
简单
复杂
中等
零件大小 中小件
中大件
中小件
中小件
常用材料
热固性光敏树 纸、金属箔、 石蜡Biblioteka Baidu塑料、
脂等
塑料薄膜等 金属、陶瓷等
粉末
第五章熔融沉积快速成型工艺
石蜡、尼龙、 ABS、低熔点
金属等
第五章 熔融沉积快速成型工艺
1 熔融沉积快速成型工艺的基本原理和特点 2 熔融沉积快速成型材料及设备 3 熔融沉积快速成型工艺过程 4 熔融沉积快速成型工艺因素分析 5 气压式熔融沉积快速成型系统
熔融沉积工艺使用的材料分为两部分：一类是成型材料，另一类是支撑材料。
第五章熔融沉积快速成型工艺
第二节 熔融沉积快速成型材料及设备
❖ 熔融沉积快速成型工艺对原型材料的要求：
材料的粘度 材料的粘度低、流动性好，阻力就小，有助于材料顺利挤出。材料的流动性差，需要很
大的送丝压力才能挤出，会增加喷头的启停响应时间，从而影响成型精度。 材料熔融温度
缺点：
◎ 成型件表面有较明显条纹 ◎ 沿成型轴垂直方向的强度比较弱 ◎ 需要设计与制作支撑结构 ◎ 原材料价格昂贵 ◎ 需要对整个截面进行第扫五描章涂熔覆融沉，积成快形速成时型间工较艺长
第一节 熔融沉积快速成型工艺基本原理和特点
FDM工艺与其它快速成型工艺方法的比较：
指标
SLA
LOM
SLS
FDM
成型速度
FDM工艺是基于分层制造的一种工艺，层与层之间往往是零件强度最薄弱的地方，粘结 性好坏决定了零件成型以后的强度。粘结性过低，有时在成型过程中因热应力会造成层与层 之间的开裂。 材料的收缩率
快速成型与快速模具制造技术及其应用
机械工业出版社（第三版）
第五章 熔融沉积快速成型工艺
第五章熔融沉积快速成型工艺
第五章 熔融沉积快速成型工艺
熔融沉积快速成型（Fused Deposition Modeling，FDM）是继光固化 快速成型和叠层实体快速成型工艺后的另一种应用比较广泛的快速成型工 艺方法。该工艺方法以美国Stratasys公司开发的FDM制造系统的应用最为 广泛。该公司自1993年开发出第一台FDM1650机型后，先后推出了 FDM2000、FDM3000、FDM8000及1998年推出的引人注目的FDM Quantum机型，FDM Quantum机型的最大造型体积达到 600mm×500mm×600mm。此外，该公司推出的Dimension系列小型FDM 三维打印设备得到市场的广泛认可，仅2005年的销量就突破了1000台。国 内的清华大学与北京殷华公司也较早地进行了FDM工艺商品化系统的研 制工作，并推出熔融挤压制造设备MEM 250等。
图5-2 双喷头熔融沉积工艺的基本原理
第五章熔融沉积快速成型工艺
第一节 熔融沉积快速成型工艺基本原理和特点
2.熔融沉积成型工艺的特点
优点：
◎ 系统构造和原理简单，运行维护费用低（无激光器） ◎ 原材料无毒，适宜在办公环境安装使用 ◎ 用蜡成形的零件原型，可以直接用于失蜡铸造 ◎ 可以成型任意复杂程度的零件 ◎ 无化学变化，制件的翘曲变形小 ◎ 原材料利用率高，且材料寿命长 ◎ 支撑去除简单，无需化学清洗，分离容易 ◎ 可直接制作彩色原型
工作台按预定的增量下降一个层的厚度，
再继续熔喷沉积，直至完成整个实体造
型。
第五章熔融沉积快速成型图工5艺-1 熔融沉积制造工艺的基本原理
第一节 熔融沉积快速成型工艺基本原理和特点
将实芯丝材原材料缠绕在供料辊
上，由电机驱动辊子旋转，辊子
和丝材之间的摩擦力使丝材向喷
头的出口送进。在供料辊与喷头
之间有一导向套，导向套采用低
熔融沉积（Fused Deposition Modeling，
FDM）又叫熔丝沉积，它是将丝状的
热熔性材料加热熔化，通过带有一个微
细喷嘴的喷头挤喷出来，如果热熔性材
料的温度始终稍高于固化温度，而成型
部分的温度稍低于固化温度，就能保证
热熔性材料挤喷出喷嘴后，随即与前一
层面熔结在一起。一个层面沉积完成后，
摩擦材料制成，以便丝材能顺利
、准确地由供料辊送到喷头的内
腔。喷头的前端有电阻丝式加热
器，在其作用下，丝材被加热熔
融，然后通过出口涂覆至工作台
上，并在冷却后形成制件当前截
图5-1 熔融沉积制造工艺的基本原理
面轮廓。
第五章熔融沉积快速成型工艺
第一节 熔融沉积快速成型工艺基本原理和特点
熔融沉积快速成型工艺在原型制作时需 要同时制作支撑，为了节省材料成本和 提高沉积效率，新型FDM设备采用了双 喷头，如图5-2所示。一个喷头用于沉积 模型材料，一个喷头用于沉积支撑材料 。双喷头的优点除了沉积过程中具有较 高的沉积效率和降低模型制作成本以外 ，还可以灵活地选择具有特殊性能的支 撑材料，以便于后处理过程中支撑材料 的去除，如水溶材料、低于模型材料熔 点的热熔材料等。
第五章熔融沉积快速成型工艺
第二节 熔融沉积快速成型材料及设备
1. 熔融沉积快速成型材料
熔融沉积快速成型制造技术的关键在于热融喷头，喷头温度的控制要求使材 料挤出时既保持一定的形状又有良好的粘结性能。除了热熔喷头以外，成型材料 的相关特性（如材料的粘度、熔融温度、粘结性以及收缩率等）也是该工艺应用 过程中的关键。
第五章熔融沉积快速成型工艺
第五章 熔融沉积快速成型工艺
1 熔融沉积快速成型工艺的基本原理和特点 2 熔融沉积快速成型材料及设备 3 熔融沉积快速成型工艺过程 4 熔融沉积快速成型工艺因素分析 5 气压式熔融沉积快速成型系统
第五章熔融沉积快速成型工艺
第一节 熔融沉积快速成型工艺基本原理和特点
1.熔融沉积快速成型工艺的基本原理
由于挤出时，喷头内部需要保持一定的压力才能将材料顺利挤出，挤出后材料丝一般会 发生一定程度的膨胀。如果材料收缩率对压力比较敏感，会造成喷头挤出的材料丝直径与喷 嘴的名义直径相差太大，影响材料的成型精度。FDM成型材料的收缩率对温度不能太敏感， 否则会产生零件翘曲、开裂。
由以上材料特性对FDM工艺实施的影响来看，FDM工艺对成型材料的要求是熔融温度 低、粘度低、粘结性好、收缩率第小五。章熔融沉积快速成型工艺
较快
快
较慢
较慢
原型精度
高
较高
较低
较低
制造成本
较高
低
较低
较低
复杂程度
复杂
简单
复杂
中等
零件大小 中小件
中大件
中小件
中小件
常用材料
热固性光敏树 纸、金属箔、 石蜡Biblioteka Baidu塑料、
脂等
塑料薄膜等 金属、陶瓷等
粉末
第五章熔融沉积快速成型工艺
石蜡、尼龙、 ABS、低熔点
金属等
第五章 熔融沉积快速成型工艺
1 熔融沉积快速成型工艺的基本原理和特点 2 熔融沉积快速成型材料及设备 3 熔融沉积快速成型工艺过程 4 熔融沉积快速成型工艺因素分析 5 气压式熔融沉积快速成型系统
熔融沉积工艺使用的材料分为两部分：一类是成型材料，另一类是支撑材料。
第五章熔融沉积快速成型工艺
第二节 熔融沉积快速成型材料及设备
❖ 熔融沉积快速成型工艺对原型材料的要求：
材料的粘度 材料的粘度低、流动性好，阻力就小，有助于材料顺利挤出。材料的流动性差，需要很
大的送丝压力才能挤出，会增加喷头的启停响应时间，从而影响成型精度。 材料熔融温度
缺点：
◎ 成型件表面有较明显条纹 ◎ 沿成型轴垂直方向的强度比较弱 ◎ 需要设计与制作支撑结构 ◎ 原材料价格昂贵 ◎ 需要对整个截面进行第扫五描章涂熔覆融沉，积成快形速成时型间工较艺长
第一节 熔融沉积快速成型工艺基本原理和特点
FDM工艺与其它快速成型工艺方法的比较：
指标
SLA
LOM
SLS
FDM
成型速度