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3D打印技术之熔融沉积成型（FDM）：起源
发布时间：
2024-09-24 17:14
在快速成型与增材制造领域，熔融沉积成型（Fused Deposition Modeling，简称FDM）技术以其独特的优势占据了重要地位。作为继光固化快速成型和叠层实体快速成型工艺之后的一种重要技术，FDM以其设备简单、成本低廉、易于操作等特点，广泛应用于教育、家庭、小型企业和快速原型制作等多个领域。
一、技术起源与发展
FDM技术由美国学者Scott Crump于1988年研发成功，FDM技术是3D打印技术中的一种快速成型技术。Scott Crump观察到，通过加热并挤出塑料丝材，可以像挤牙膏一样逐层构建三维物体，这一灵感最终催生了FDM技术的诞生。该技术通过将热熔性的丝状材料（如蜡、ABS、尼龙等）加热熔化后变为可流动状态，然后通过带有微细喷嘴的喷头逐层挤出，按照CAD（计算机辅助设计）模型切片后的数据路径，在三维空间中以预定的路径进行逐层堆积成型，最终在工作平台上构建出实体模型。FDM技术又可被称为FFM（Fused Filament Modeling）或FFF（Fused Filament Fabrication），由于FDM技术最初由Stratasys公司（由Scott Crump创立）持有，因此市场上出现了许多为避开限制而命名的类似技术，如FFM和FFF。尽管名称有所不同，但这些技术原理与应用均遵循FDM的核心原理，即热熔性材料的逐层堆积成型。
在FDM技术被发明后的初期，它主要用于原型制作和概念验证，帮助设计师和工程师快速将设计思想转化为物理模型。这一阶段的FDM设备通常体积较大，精度有限，但已经展现出了其在快速成型领域的巨大潜力。随着计算机控制技术的不断进步和材料科学的快速发展，FDM技术的精度、速度和材料多样性得到了显著提升。同时，随着成本的降低和易用性的增强，FDM技术逐渐从专业领域走向大众市场，3D打印技术成为许多创客、教育机构和中小企业的选择。
二、FDM技术原理
FDM技术是一种基于热塑性塑料丝材的增材制造技术。其基本原理是将塑料丝材加热至熔融状态，然后通过喷头沿预定的截面轮廓和填充轨迹移动，将熔化的材料挤出并沉积在指定的位置。这一过程是逐层进行的，每一层都紧密地黏结在下一层上，待材料冷却固化后形成结构稳定的实体模型。这一过程中，喷头按照CAD分层数据控制的路径进行移动，逐层沉积、凝固，最终构建出整个原型或零件。FDM技术因其逐层堆积的成型方式，也被称为熔化堆积法或熔融挤出成模。
三、FDM技术材料
FDM技术主要使用热塑性塑料丝材作为原材料，这些材料具有良好的熔融流动性和固化性能。常见的FDM材料包括ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、PLA（聚乳酸）、PETG（聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯）等。这些材料不仅成本低廉、易于获取，而且具有良好的机械性能和加工性能，能够满足不同领域的应用需求。
1、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）
ABS是一种强度高、韧性好的热塑性材料。它具有良好的耐磨性、耐油性和耐化学腐蚀性，同时还具有一定的抗冲击性能。这使得ABS成为FDM技术中制作需要承受一定压力和冲击的零件的理想选择。
2、PLA（聚乳酸）
PLA是一种环保型的生物降解材料，由玉米淀粉等可再生资源经过加工制成。它无毒、无味、可降解，且具有良好的加工性能和成型精度。PLA材料在熔融状态下流动性好，易于挤出和固化，非常适合FDM技术的逐层堆积成型。
3、PETG（聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯）
PETG是一种具有优异韧性和耐候性的热塑性材料。它具有较高的透明度和良好的耐化学腐蚀性，同时还具有较好的抗紫外线能力。这使得PETG成为制作透明零件和户外应用物体的理想选择。
四、结语
熔融沉积成型（FDM）从技术的起源与发展到其广泛的应用，不仅推动了设计到实物的快速转化，还通过不断的技术进步和材料创新，满足了日益多样化的市场需求，在快速成型与增材制造领域中以其独特优势持续展现其重要性。
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