机械制造基础实验3D打印

机械制造基础实验3D

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集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）

快速成形加工实验

班级：姓名:马骁哲学号：

一、实验目的

1、了解FDM 3D打印工艺的成形原理；

2、熟悉FDM 3D打印机的机械结构及操作方法；

3、学习3D打印软件的使用方法。

二、实验内容

1、选择适合打印的三维模型，利用FDM 3D打印机完成加工；

2、测量打印件的尺寸精度；

3、分析影响打印精度及打印效率的关键因素。

三、实验设备

1、HOFI-X1 FDM 3D打印机

2、去支撑用工具钳、工具

四、实验原理

FDM（Fused Deposition Modeling）中文全称为熔融沉积成型3D打印技术，使用丝状材料(塑料、树脂、低熔点金属)为原料，利用电加热方式将丝材加热至略高于熔化温度，在计算机的控制下，喷头作x-y平面运动，将熔融的材料涂覆在工作台上，冷却后形成工件的一层截面。

一层成形后，喷头上移一层高度，随后开始加工下一层，由此逐层堆积形成三维工件，打印原理如图1所示。

图1 FDM三维打印技术原理图

在打印过程中，线材通过打印喷头挤出的瞬间将会快速凝固，根据材料的不同以及模型设计温度的不同，打印头的温度也不尽相同。为了防止打印零件出现翘曲变形等问题，一般还需在喷头温度升温后对打印平台进行预热处理，以此降低零件加工过程中的温度梯度。为便于零件加工完成后从打印平台上剥离，一般需在打印平台上预先置放隔层，喷头挤出的线材直接在隔层上成形。

FDM 3D打印技术的优点是材料利用率高、材料成本低、可选材料种类多、工艺简洁。缺点是精度较低、复杂构件不易制造、零件悬垂区域需加支撑、表面质量较差。该工艺适用于产品的概念建模及功能测试，适合中等复杂程度的中小原型，不适合制造大型零件。

五、实验步骤

1、熟悉打印控制软件的操作界面及主要功能模块；

2、熟悉HOFI-X1 FDM 3D打印机的主要结构及操作方法，通过USB 数据线连接计算机和打印机，连接电源适配器给打印机供电，如图2所示：

图2 打印机线路连接

3、在控制软件中选择端口并连接打印机，将指导教师指定的标准零件模型、以及任选的个性化模型导入控制软件；

4、选择控制软件中的“位置”按钮，对导入模型执行平移、缩放操作，随后将模型对中，如图3所示；

图3 模型导入及对中

5、对模型执行切片操作，根据需要调整切片参数；

6、点击“运行任务”按钮，等打印机喷头、底板温度加热到设置温度后，打印机将开始打印，记录打印开始时间；

7、观察打印过程，分析影响打印效率的关键因素；

8、记录打印结束时间，模型打印完成后，待喷头及打印平台冷却后，再取模型；

9、从打印平台上取出附着模型的打印底板(即是带规则网点的塑料板。手握铲刀（铲刀首次使用需要开封)，将刀口放在模型与打印底板之间，用力慢慢铲动，来回撬松模型，如图4所示；

图4 取出模型

10、零件打印结束后，断开打印机电源适配器，清洁打印喷头及打印平台，关闭计算机。

快速成型实验报告

班级：姓名:马骁哲

学号：成绩_________

一、实验数据记录

二、实验讨论题

1、FDM三维打印技术的成形原理？

答：快速成型技术是对零件的三维CAD?实体模型，按照一定的厚度进行分层切片处理，生成二维的截面信息，然后根据每一层的截面信息，利用不同的方法生成截面的形状。这一过程反复进行，各截面层层叠加，最终形成三维实

体。分层的厚度可以相等，也可以不等。分层越薄，生成的零件精度越高，采用不等厚度分层的目的在于加快成型速度。

2、分析影响FDM 3D打印精度的关键因素？

答：3D打印FDM技术成形精度包括尺寸误差、几何误差及表面粗糙度。

在FDM的成型过程中?，影响它精度的因素有如下几个方面:

(1)?材料收缩。材料在?FDM工艺过程中经过固体?2?液体?2?固体?2

次相变。当材料凝固成形时?,由材料收缩而产生的应力应变将影响成形

件精度。若成形过程中的材料确定?,该种误差可通过在目前的数据处理

软件中?,设定?x, y, z这?3个方向上的“?收缩补偿因子?”?进行尺寸

补偿来消除。

(2)?喷头温度和成形室温度。喷头温度决定了材料的粘结性能、?堆积性能、?丝材流量以及挤出丝宽度?,既不可太低?,使材料粘度加大?,挤丝速度变慢?,也不可太高?,使材料偏向于液态?,粘性系数变小?,流动性强?,挤出过快?,无法形成可精确控制的丝。喷头温度的设定应根据丝材

的性质在一定范围内选择?,以保证挤出的丝呈熔融流动状态。成形室的

温度会影响到成形件的热应力大小?,温度过高?,虽然有助于减少热应力?,但零件表面易起皱;而温度太低,从喷嘴挤出的丝骤冷将使成形件热应力

增加?,易引起零件翘曲变形。实验证明?,为了顺利成形?,应该把成形室

的温度设定为比挤出丝的温度低?1?℃～2?℃。本实验将成形室温度设定为?55?℃。

(3)?分层厚度。是指在成形过程中每层切片截面的厚度。由于每层

有一定厚度?,会在成形后的实体表面产生台阶的现象?,将直接影响成形

后实体的尺寸误差和表面粗糙度。对?FDM工艺?,这是一种原理性误差?,

要完全消除台阶是不可能的,只可能通过设定较小的分层厚度来减少台阶效应。

(4)?补偿量。是指零件实际加工轮廓线与理想轮廓线之间的距离

值。该值的设定与挤出丝的直径有关?,可以在分层切片数据处理软件直

接设定。

(5)?挤出速度与填充速度及其交互作用。在与填充速度合理匹配范

围内?,随着挤出速度增大?,挤出丝的截面宽度逐渐增加?,当挤出速度增

大到一定值挤出的丝粘附于喷嘴外圆锥面?,就不能正常加工填充速度比

挤出速度快?,则材料填充不足?,出现断丝现象?,难以成形。相反?,填充

速度比挤出速度慢?,熔丝堆积在喷头上?,使成形面材料分布不均匀?,表