桌面级熔融沉积成型技术中的表面质量和精度问题
桌面级熔融沉积成型技术中的表面质量和精度
问题
桌面级熔融沉积成型是快速成型技术的一种。快速成型技术实现了从零件的三维曲面设计到实
体的一体化制造，是继数控技术之后制造业的又一次重大革新[1].快速成型技术实现了材料的
增加成型。目前快速成型技术已广泛应用于汽车、航空航天、建筑、医疗、文化艺术及制造行
业等领域，并取得了显着的效果。
快速成型技术出现后就以其全新的制造思想、快速的产品设计制造、样式多变的产品模型受到
很大的关注。目前的快速成型技术主要包括： ①光固化技术（Stereo Lithigraphy
Apparatus,SLA ）,利用液态光敏树脂在一定波长和强度的紫外光照射下迅速发生光聚合反应，
分子量急剧增大，材料从液态变为固态； ②选择性激光烧结技术（Setected Laser
Sintering,SLS ）, 在计算机控制下，利用激光束对粉末材料进行扫描加热烧结成型； ③熔融沉
积成型（Fuesd Depostion Modeling,FDM）[2],通过熔融沉积成型机控制喷头将熔融的热塑性高
分子塑料按预定代码在工作台上逐层堆积成三维原型。
桌面级熔融沉积成型可实现单个物件的快速制造，可加工形状复杂的平面和立体造型，并且具
有选材广泛、废料少、污染小、制造环境要求低、后处理简单等优点，使其成为快速成型技术
中非常具有发展潜力的一个分支。熔融沉积成型适用于形状复杂零件的小批量快速制造，与传
统的模具制造相比，降低了产品的生产成本，缩短了生产周期，使新产品能更快地投入运转、
测试和改进设计[3],大大地提高了生产效率。
1 桌面级 FDM 的成型过程
桌面级 FDM 成型过程可分为： ①三维模型的制造。通过三维软件设计出所需产品的三维
CAD 模型，也可以通过所需产品的二维模型转换成三维模型，或对所需的产品进行三维扫
描，得到点云数据，转换成三维数据。②产品成型。由于 STL 格式简单实用已成为快速成型
领域的通用接口文件。STL 格式是通过无数的小三角形近似的代替原模型，将所需产品的三维
模型转换成 STL 格式文件保存。在将产品的 STL 格式文件通过熔融沉积成型系统自带的文件
进行分层切片处理，通过计算机或 SD 卡将每一层的切片信息传递给快速成型机，并通过控制
快速成型机制作所需产品。③后处理。零件成型后，去除成型时所需的支撑和附着物，就得到
所需的模型，也可根据模型所需的要求对成型件进行抛光、打磨等[4].
桌面级 FDM 成型是将已建好零件的三维模型通过计算机调整其成型位置，并通过切片软件将
三维模型在其零件成型的竖直方向按一定厚度分层处理，从而得到一系列的代码信息，通过成
型机控制喷头的行程路径。在零件的成型中，从喷头中挤出熔融的丝堆积在工作台面成实体模
型。图1 为桌面级 FDM 成型机工作原理示意图。
2 工艺参数对桌面级 FDM 成型精度的影响
成型精度和表面质量是 FDM 成型的重要参考指标。在 FDM 成型过程中，误差主要是由于
FDM 成型设备的工艺参数的选择不合理造成。本文以闪铸桌面级成型机为例，如图 2 所示，
说明工艺参数对成型精度的影响。
2. 1 喷嘴温度和成型室温的影响
喷嘴温度和成型室温度对桌面级 FDM 成型有很大的影响，由于桌面级 FDM 成型采用的材料
一般为ABS 或PLA,所以喷头温度对材料的粘结性能、堆积性能和丝材流量都有很大的影响。
喷嘴温度太高时，成型材料处于熔融状态，熔融丝的挤出量过快，难以控制其成型精度，并且
在成型堆积过程中容易出现坍塌、烧焦和制品发黄等问题；当喷头温度过低时，挤出材料的黏
度增大，容易堵塞喷头[5-6], 降低了喷头和成型机器的使用寿命。成型室的温度对桌面级 FDM
成型过程中材料的内应力有很大的影响，温度过高时，成型件的表面容易起皱；温度过低时，
从喷头挤出的丝在成型过程中冷却速度过快，热应力增大，造成零件在成型过程中出现上下层
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桌面级熔融沉积成型技术中的表面质量和精度问题桌面级熔融沉积成型是快速成型技术的一种。快速成型技术实现了从零件的三维曲面设计到实体的一体化制造，是继数控技术之后制造业的又一次重大革新[1].快速成型技术实现了材料的增加成型。目前快速成型技术已广泛应用于汽车、航空航天、建筑、医疗、文化艺术及制造行业等领域，并取得了显着的效果。快速成型技术出现后就以其全新的制造思想、快速的产品设计制造、样式多变的产品模型受到很大的关注。目前的快速成型技术主要包括：①光固化技术（StereoLithigraphyApparatus,SLA）,利用液态光敏树脂在一定波长和强度的紫外光照射下迅速发生光聚合反应，分子量急剧...
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作者：闻远设计
分类：非标机械电气自动化
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