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快 速 成 型 技 术 Rapid Prototyping Technology 学院：机械工程学院 学号：2008302248 班级：机设08-2班 姓名：尹 国 伟 熔融沉积快速成型技术 【摘要】熔融沉积成型（Fused Desposition Modeling,FDM） 由于受结构的限制，加热器的功率不可能太大，因此，丝材一般为熔点不太高的热塑性塑料或蜡。丝材熔融沉积的层厚随喷头的运动速度（最高速度为380mm/s）而变化，通常最大层厚为0.15～0.25mm。 　　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。由供料辊送到喷头的内腔（最大送料速度为10～25mm/s，推荐速度为5～18mm/s）。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（熔模铸造蜡丝的熔融温度为74℃，机加工蜡丝的熔融温度为96℃，聚烯烃树脂丝为106℃，聚酰胺丝为155℃，ABS塑料丝为270℃），然后通过出口（内径为0.25～1.32mm，随材料的种类和送料速度而定），涂覆至工作台上，并在冷却后形成界面轮廓。 一个喷头用于沉积模型材料，一个喷头用于沉积支撑材料。一般来说，模型材料丝精细而且成本较高，沉积的效率也较低。而支撑材料丝较粗且成本较低，沉积的效率也较高。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。 FDM快速成形的系统组成：（1）硬件系统 硬件系统由机械系统和控制系统组成。运动单元只完成扫描和喷头的升降动作，且运动单元的精度决定了整机的运动精度。加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-YZ方向的运动。成形室用来把丝状材料加热到熔融态，材料室用来储存FDM由控制柜与电源柜组成，用来控制喷头的运动以及成形室的温度。2）软件系统软件系统由几何建模和信息处理组成。Pro/E，UG等，来完成实体模型的构造，并以STL格式输出模型的几何信息。信息处理单元主要完成STL文件处理、截面层文件生成、填充计算，数控代码生成和对成形系统的控制。如果根据STL文件判断出成形过程需要支撑的话，先由计算机设计出支撑结构并生成支撑，然后对STL格式文件分层切片，最后根据每一层的填充路径，将信息输给成形系统完成模型的成形。（3）供料系统 由马达驱动橡胶辊子，从而将丝料送入成形喷头。 FDM快速成形技术的支撑设计支撑的原因： 成形中， 设计支撑的原因：FDM成形中，每一个层 成形中 片都是在上一层上堆积而成， 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， 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， 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， 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” 设计一些辅助结构－“支撑”，以保证成形 过程的顺利实现。 过程的顺利实现。 FDM快速成形技术的支撑 FDM技术提供两种类型的支撑： 技术提供两种类型的支撑： 提供两种类型的支撑 1. WaterWorks(水溶性支撑 可以分解于碱性 水溶性支撑): 水溶性支撑 水溶剂的可溶解性支撑结构。 水溶剂的可溶解性支撑结构。 2.Break Away Support Structure (BASS) (易 (易 剥离性支撑): 水溶性支撑的前身， 剥离性支撑 水溶性支撑的前身，由手工将支撑 从工件表面剥离以移除。 从工件表面剥离以移除。 水溶性支撑因为可以不用考虑机械式的移除， 水溶性支撑因为可以不用考虑机械式的移除， 所以可以接近于细小的特征，因而用的更广泛。快速成形制件可能出现的缺陷快速成形制件出现的缺陷分为表面缺陷和内部缺陷。 气压式熔融沉积快速成形系统的工作原理: 气压式熔融沉积快速成形系统（Air-pressure Jet Solidification，AJS）的工作原理如图所示：被加热到一定温度的低粘性材料(该材料可由不同相组成，如粉末—粘结剂的混合物)，通过空气压缩机提供的压力由喷头挤出，涂覆于工作平台或前一沉积层之上。喷头按当前层的层面几何形状进行扫描堆积，实现逐层沉积凝固。工作台由计算机系统控制作X、Y、Z三维运动，可逐层制造三维实体和直接制造空间曲面。AJS系统主要由控制、加热与冷却、挤压、喷头机构、可升降工作台及支架机构6部分组成。其中控制用计算机配置有CAD模型切片软件和加支撑软件，对三维模型进行切片和诊断，并在零件的高度方向，模拟显示出每隔一定时