快速成型实验报告

实验一：零件的快速成型技术

一、实验目的

了解和掌握快速成型制造技术，了解FDM（融熔堆积固化成型）的原理，培养学生综合分析问题的能力，提高学生动手实验和实践的能力。

二、实验的主要内容

样件的FDM快速成型制造

三、实验设备和工具

本实验采用奥尔克特科技Allcct印客(200)FDM快速成型机(3D打印机)。该设备生产厂商为武汉奥尔克特科技有限公司，打印耗材为PLA、ABS 或复合PLA。

四、实验原理

一、FDM原理

FDM是“Fused Deposition Modeling”的简写形式，即为熔融沉积成型。

FDM通俗来讲就是利用高温将材料融化成液态，通过打印头挤出后固化，最后在立体空间上排列形成立体实物。FDM机械系统主要包括喷头、送丝机构、运动机构、加热工作室、工作台5个部分。将低熔点丝状材料通过加热器的挤压头熔化成液体，使熔化的热塑材料丝通过喷头挤出，挤压头沿零件的每一截面的轮廓准确运动，挤出半流动的热塑材料沉积固化成精确的实际部件薄层，覆盖于已建造的零件之上，并在0.1s内迅速凝固，每完成一层成型，工作台便下降一层高度，喷头再进行下一层截面的扫描喷丝，如此反复逐层沉积，直到最后一层，这样逐层由底到顶地堆积成一个实体模型或零件。FDM成形中，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”，以保证成形过程的顺利实现。

FDM的优缺点

FDM快速成型工艺的优点：

（1）成本低。熔融沉积造型技术用液化器代替了激光器，设备费用低；

另外原材料的利用效率高且没有毒气或化学物质的污染，使得成型成本大大降低。

（2）采用水溶性支撑材料，使得去除支架结构简单易行，可快速构建复杂的内腔、中空零件以?及一次成型的装配结构件。

（3）原材料以卷轴丝的形式提供，易于搬运和快速更换。

（4）可选用多种材料，如各种色彩的工程塑料ABS、PC、PPS以及医用ABS等。

（5）原材料在成型过程中无化学变化，制件的翘曲变形小。

（6）用蜡成型的原型零件，可以直接用于熔模铸造。

（7）FDM系统无毒性且不产生异味、粉尘、噪音等污染。不用花钱建立

与维护专用场地，适合于办公室设计环境使用。

（8）材料强度、韧性优良，可以装配进行功能测试。

FDM快速成型工艺的缺点：

（1）原型的表面有较明显的条纹。

（2）与截面垂直的方向强度小。

（3）需要设计和制作支撑结构。

（4）成型速度相对较慢，不适合构建大型零件。

（5）原材料价格昂贵。

（6）喷头容易发生堵塞，不便维护。

二、零件分层数据的产生方法

首先由CAD三维造型软件生成产品三维曲面模型或实体模型;然后将CAD数据模型网格化处理后生成三角形面化数据模型，即SIL数据模型; 然后再利用切片软件，将所表达的三维数据模型用一系列平行于XY平面，在Z方向有一定间距(0.1mm左右)的平面来切割，以生成一层一层的截面轮廓信息，每一层的边界是由许多小线段组成，同时对轮廓截面网格划分; 最后再对分层信息进行NC 后置处理，生成控制成型机的数控成型代码，并进行分层制造，层层迭加，最后形成产品的三维原型。

三、Allcct 印喀(200) 设备的组成

喷头、加热底板、前面板、电机风扇、SD卡/U盘识别区、USB线接口、耗材悬挂架等部分。

五、实验方法和步骤

1.模型的前处理

打开Alccura软件，导入CAD生成的SIL文件，确定层高、壁厚、底层顶层厚度、填充密度、打印速度、喷头温度、热宋温度、支撑类型、平台附着类型、耗材直径、挤出量、喷嘴孔径等。设置好后保存Gcode代码文件。

2.3D打印机准备

耗材安装→连接电源→预热→Z轴归零→进丝→打印平台调平→挤丝

3.3D打印操作

插入SD卡→选择打印文件(*.g或*.gx文件)→点击“OK”键进行3D打印

4.下件及后处理

取下零件→小心剥除废料→必要时进行零件表面涂覆打磨处理。

六、实验报告主要内容

1、实验目的、主要内容、主要实验设备和工具，以及实验的基本原理

2、本次3D 打印实验的详细步骤及注意事项

3、回答思考题:

①在FDM方式进行3D打印时，是否每层都必须完全填充?

不用每层都必须完全填充，一个立体实物的存在需要满足力学平衡，也就是说需要一定的支撑。我们都知道3D打印机是层层喷料堆叠成实物的，封闭物体内部可以是空心的，所用材料的多少可以通过填充率的设置来控制，只要填充的材料能支撑起外部就可以了。如果3D打印机设置填充率为100%，那打印的就是实心的模型，这样既不经济也影响速度。一般3D打印的时候为了节省材料和时间，填充率是不设置为100%的。假如我们设置成50%，喷头就不需要花过多的时间来打印内部结构，速度就得到了提高，同时可以节省50%的材料。但填充率也不可设置得过小，以免模型因支撑力不够无法成型。还有就是，填充率设置的少了会略微影响3D打印机的精度，所以大家要根据自己设备的实际情况控制好速度和填充率之间的关系。

②成型高度方向对3D打印的强度有无影响?

有影响，如果成型高度方向为垂直方向，其打印的强度比其它方向要好。

③打印头的打印速度与耗材的挤出量应该如何进行匹配?

在进行打印前，模拟一下打印过程，按一定的速度进行打印，根据打印的情况来设置耗材的挤出量，如果打印的比较疏松，则调大挤出倍率，如果打印的比较密集，则调小挤出倍率，直到打印出来的物体适中。

④FDM打印时的支撑应如何考虑?

如果模型有悬空的部分且悬空的部分比较大时就需要添加支撑。没有悬空部分或有悬空部分但悬空的部分不影响打印的话就不需要添加支撑。

七、实验注意事项

1.要注意保护好打印设备。

2.打印前要检查打印机的是否有用，喷头是否堵塞，供料机构是否能正常

工作。

3.打印前要预热。

4.对于有悬空部分的模型应该添加支撑。

5.打印头的移动速度因与挤出量相配合。

6.模型切片厚度因合理。