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武漢易成三維是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的3D打印綜合方案供應(yīng)商，始終專注于制造、教育、科研、軍工等領(lǐng)域，迄今為止已為約600所著名高校、科研院所、約10000個(gè)企業(yè)機(jī)構(gòu)提供專業(yè)的3D打印設(shè)備、服務(wù)及平臺(tái)化數(shù)字智造應(yīng)用方案。

熔融沉積建模是3D打印最流行的形式。了解有關(guān)它的所有信息以及它與其他3D打印方法的比較。

熔融沉積建模（簡(jiǎn)稱FDM）是增材制造的一種材料擠出方法，其中材料通過(guò)噴嘴擠出并連接在一起以創(chuàng)建3D對(duì)象。

特別是，“標(biāo)準(zhǔn)”FDM工藝通過(guò)使用熱塑性塑料作為原料材料（通常以長(zhǎng)絲或顆粒的形式）來(lái)區(qū)別于其他材料擠出技術(shù)，例如混凝土和食品3D打印。

因此，典型的FDM 3D打印機(jī)采用基于聚合物的長(zhǎng)絲并迫使其通過(guò)加熱的噴嘴，該噴嘴熔化材料并將其沉積在構(gòu)建平臺(tái)上的2D層中。雖然仍然溫暖，但這些層相互融合，最終形成三維零件。

FDM通常被認(rèn)為是3D打印東西的最簡(jiǎn)單方法，它是可訪問(wèn)的，相當(dāng)有效的，并且廣泛流行。FDM打印機(jī)主導(dǎo)著3D打印市場(chǎng)，比樹(shù)脂3D打印更直接，比SLS等基于粉末的方法便宜得多。

在本文中，我們將探討這種廣受好評(píng)的3D打印工藝，詳細(xì)介紹其內(nèi)部工作原理，材料可能性等等。首先，讓我們來(lái)看看它是如何在制造商和業(yè)余愛(ài)好者中如此受歡迎的。

雖然FDM是無(wú)可爭(zhēng)議的最流行的3D打印方法，但令人驚訝的是，它不是第一種被發(fā)明的方法。實(shí)際上，它甚至不是第二個(gè)。

Scott Crump于1989年申請(qǐng)了第一個(gè)FDM專利，這是立體光刻（SLA）專利提交三年后，選擇性激光燒結(jié)（SLS）一年后。斯科特和他的妻子麗莎后來(lái)創(chuàng)立了當(dāng)今領(lǐng)先的3D打印公司之一：Stratasys。

然而，F(xiàn)DM后來(lái)才通過(guò)RepRap社區(qū)在其替代名稱Fused Filament Fabrication（FFF）下在非商業(yè)用戶中流行起來(lái)。RepRap項(xiàng)目于2005年由巴斯大學(xué)的Adrian Bowyer作為一個(gè)學(xué)術(shù)項(xiàng)目開(kāi)始，其主要目標(biāo)是生產(chǎn)自我復(fù)制設(shè)備。

當(dāng)FDM專利于2009年到期時(shí)，幾位前RepRap志愿者創(chuàng)立了MakerBot Industries，這是首批將基于RepRap開(kāi)源項(xiàng)目的開(kāi)源FDM 3D打印機(jī)商業(yè)化的非工業(yè)公司之一。其他3D打印公司，如Ultimaker和Prusa Research，也從RepRap運(yùn)動(dòng)開(kāi)始了自己的旅程。最近，MakerBot和Ultimaker聯(lián)手合并。

這些公司和個(gè)人都為我們今天擁有的消費(fèi)者和業(yè)余愛(ài)好者FDM 3D打印的巨大市場(chǎng)鋪平了道路。

FDM（或FFF）的主要特征是將熱塑性塑料擠出和選擇性沉積成層，形成形成三維物體的層。這聽(tīng)起來(lái)可能有點(diǎn)模糊，所以讓我們?cè)谶@里更詳細(xì)地探討這個(gè)過(guò)程。

FDM技術(shù)的核心是相對(duì)簡(jiǎn)單的。其主要功能由兩個(gè)不同的系統(tǒng)執(zhí)行：一個(gè)負(fù)責(zé)擠出和沉積，另一個(gè)負(fù)責(zé)打印頭移動(dòng)。我們將在以下各節(jié)中討論這兩個(gè)系統(tǒng)。

從廣義上講，擠出和沉積系統(tǒng)可以分為兩個(gè)主要組件：“冷端”和“熱端”。

FDM 3D打印中使用的熱塑性塑料通常采用燈絲線軸，冷端負(fù)責(zé)將這種材料從線軸送入3D打印機(jī)。類似地，冷端還控制材料沉積在另一端的速率，通常稱為“流動(dòng)”。

另一方面，熱端負(fù)責(zé)將移動(dòng)的塑料材料加熱到足以通過(guò)噴嘴“清除”的程度，因此得名。此步驟涉及不同的組件，包括加熱盒，散熱器，當(dāng)然還有噴嘴。

冷端和熱端必須協(xié)同工作，以在所需的溫度和物理狀態(tài)下擠出適量的材料，以便正確堆疊層。

硬件設(shè)置

在擠出方面，有許多不同的設(shè)置。例如，冷端可以位于移動(dòng)熱端的正旁邊，在稱為直接擠出的設(shè)置中，也可以將其固定在打印機(jī)的框架上，需要一個(gè)連接管將燈絲引導(dǎo)到熱端，通常稱為Bowden管。

熱端組件也有不同的設(shè)置。例如，與PTFE襯里的熱端相比，所謂的全金屬熱端允許在噴嘴中達(dá)到更高的溫度，PTFE襯里的熱端內(nèi)部使用短管以減少燈絲摩擦，但這也將溫度限制在最高約240°C。

考慮到擠出和沉積在一起，也有多擠出系統(tǒng)。這些允許同時(shí)使用多種材料。

與所有事情一樣，每種設(shè)置都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，最終的選擇將歸結(jié)為3D打印機(jī)將提供的速度，材料和應(yīng)用。

除了FDM 3D打印機(jī)可以具有的不同擠出設(shè)置之外，設(shè)計(jì)中最重要的可變性可能在于框架和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。

FDM 3D打印機(jī)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)在三維空間中移動(dòng)熱端組件，以便相應(yīng)地沉積熔化的材料。在最小的層面上，驅(qū)動(dòng)這種運(yùn)動(dòng)的部件通常來(lái)自步進(jìn)電機(jī)、直線導(dǎo)軌、絲杠和橡膠帶系統(tǒng)。

移動(dòng)熱端可以通過(guò)多種方式實(shí)現(xiàn)。首先，讓我們根據(jù)操作坐標(biāo)系來(lái)描述不同的設(shè)置。到目前為止，3D打印機(jī)的主要坐標(biāo)系是笛卡爾坐標(biāo)系，其中位置由三個(gè)線性坐標(biāo)（X，Y和Z）給出。然而，有一小部分FDM 3D打印機(jī)使用極坐標(biāo)系，它使用線性和角度值來(lái)描述物理位置。

笛卡爾機(jī)器可以根據(jù)其運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)一步分類。

Delta 3D打印機(jī)使用垂直導(dǎo)軌和三個(gè)獨(dú)立控制的臂連接到熱端，所有臂一起移動(dòng)以相應(yīng)地定位熱端。SCARA打印機(jī)是笛卡爾機(jī)器的另一個(gè)子類別，利用水平移動(dòng)的手臂來(lái)執(zhí)行平面運(yùn)動(dòng)。

然而，如果你在野外遇到3D打印機(jī)，它很可能是笛卡爾直線式的機(jī)器。在這里，您可以使用螺釘、皮帶和皮帶輪系統(tǒng)，完全沿 X 軸、Y 軸和 Z 軸引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)。有幾種可識(shí)別的類型屬于這一類別，一些流行的類型是i3-Style Cartesian-XZ-Head和CoreXY打印機(jī)。

最近，一種新型的FDM 3D打印機(jī)出現(xiàn)了：皮帶式3D打印機(jī)。它提供連續(xù)的3D打印，從某種意義上說(shuō)，構(gòu)建平臺(tái)像生產(chǎn)線中的傳送帶一樣移動(dòng)，允許生產(chǎn)異常長(zhǎng)的零件或連續(xù)發(fā)送多個(gè)零件。

優(yōu)點(diǎn)

可擴(kuò)展性是FDM 3D打印最重要的優(yōu)勢(shì)之一。與樹(shù)脂3D打印機(jī)不同，F(xiàn)DM打印機(jī)可以輕松縮放到任何尺寸，因?yàn)槲ㄒ坏南拗剖敲總€(gè)龍門(mén)架的移動(dòng)。

具有易于擴(kuò)展的設(shè)計(jì)的一個(gè)更明顯的好處是成本與尺寸之比。由于零件成本低和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，F(xiàn)DM打印機(jī)不斷變得更大，更便宜。

說(shuō)到成本，常規(guī)FDM長(zhǎng)絲是迄今為止最便宜的3D打印材料，特別是與其他3D打印方法相比，如SLS和樹(shù)脂基打印。

關(guān)于材料的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是靈活性。在任何FDM打印機(jī)上，都可以用相對(duì)較少的升級(jí)和修改來(lái)打印各種各樣的熱塑性材料和異國(guó)情調(diào)的長(zhǎng)絲，而對(duì)于材料必須是樹(shù)脂或細(xì)粉的其他樣式來(lái)說(shuō)，這是不可能的。

最后，F(xiàn)DM打印的整體體驗(yàn)比樹(shù)脂和SLS要好得多。使用FDM，除了移除支架之外，沒(méi)有額外的清潔步驟，而不是這些替代方法所需的酒精浴和壓縮空氣噴射。

FDM也沒(méi)有額外的固化步驟。打印過(guò)程完成后，零件即可開(kāi)始使用。

缺點(diǎn)

然而，F(xiàn)DM 3D打印并非沒(méi)有缺點(diǎn)。由于其組件的簡(jiǎn)單性和整體成本，F(xiàn)DM打印機(jī)往往需要大量的調(diào)整和調(diào)整（即床平化）才能達(dá)到其他打印方法的可靠性和質(zhì)量水平。

與樹(shù)脂和SLS相比，F(xiàn)DM嚴(yán)重依賴于物理運(yùn)動(dòng)，因此除了校準(zhǔn)之外，許多FDM打印機(jī)組件還需要定期維護(hù)和注意：皮帶張力，擠出機(jī)清潔，導(dǎo)軌潤(rùn)滑，甚至零件更換，如熱端噴嘴。

最后，F(xiàn)DM打印高度依賴于原料質(zhì)量。不良的燈絲尺寸精度會(huì)導(dǎo)致幾種擠出問(wèn)題，塑料的化學(xué)成分也會(huì)使印刷過(guò)程出現(xiàn)問(wèn)題。此外，燈絲線軸必須適當(dāng)存放以避免吸濕 - 這也會(huì)影響印刷過(guò)程。

這是一個(gè)熱門(mén)話題，因?yàn)樵S多人認(rèn)為打印質(zhì)量是FDM 3D打印的致命弱點(diǎn)。雖然這種說(shuō)法并非沒(méi)有根據(jù)，但這里需要考慮不同的觀點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)

打印質(zhì)量不僅與外觀有關(guān)。機(jī)械性能在這里也很重要，F(xiàn)DM為生產(chǎn)堅(jiān)固耐用的功能部件提供了巨大的價(jià)值，特別是與易碎的樹(shù)脂3D打印相比。

FDM 3D打印也非常通用，因?yàn)榇蛴≠|(zhì)量可以犧牲速度甚至堅(jiān)固性，使其成為生產(chǎn)令人愉悅的美學(xué)部件和功能更強(qiáng)大，更堅(jiān)固的部件的絕佳工具。

話雖如此，通過(guò)適當(dāng)?shù)男?zhǔn)和切片機(jī)設(shè)置調(diào)整，F(xiàn)DM 3D打印機(jī)可以達(dá)到一個(gè)驚人的打印質(zhì)量水平，考慮到機(jī)器和燈絲的成本，即使與SLS和一些樹(shù)脂3D打印機(jī)相比也是如此。

雖然已經(jīng)提到過(guò)，但不同F(xiàn)DM材料的靈活性和可用性也在這里起著重要作用。單個(gè)FDM 3D打印機(jī)只需更改燈絲類型即可生產(chǎn)具有完全不同屬性和外觀的零件（我們將在下面看到）。

缺點(diǎn)

盡管如此，如果需要整體美學(xué)和表面光潔度質(zhì)量，F(xiàn)DM可能會(huì)很麻煩。由于材料被擠出成具有特定預(yù)定義厚度的層，因此很難實(shí)現(xiàn)詳細(xì)的打印，并且通常需要大量的后處理才能獲得專業(yè)的成品外觀。

小尺寸零件有時(shí)也不可能用FDM打印。由于標(biāo)準(zhǔn)噴嘴尺寸為0.4 mm，因此任何更精細(xì)的細(xì)節(jié)都需要更換噴嘴（低至0.2 mm），即使如此，它也無(wú)法擊敗樹(shù)脂和SLS 3D打印的精度和脆度。

FDM打印的另一個(gè)缺點(diǎn)是，它們?cè)诖蛴≈袆?chuàng)建了一個(gè)固有的弱點(diǎn)，其中每一層都是連接的。有人可能會(huì)說(shuō)，這適用于任何3D打印過(guò)程。雖然這是真的，但對(duì)于FDM 3D打印來(lái)說(shuō)，這種情況更糟，因?yàn)閷又g的粘合強(qiáng)度較低