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3D打印技术之熔融沉积成型（FDM）：工艺操作流程
发布时间：
2024-09-25 17:12
FDM技术通过加热热塑性材料至熔融状态，然后利用计算机控制的挤出头将熔化的材料按照预设的三维模型数据逐层沉积在构建平台上，层层叠加直至形成完整的三维实体。在这个过程中，每层的材料在沉积后迅速冷却固化，并与下一层紧密结合，最终实现三维实体的构建。
在这个过程中，FDM技术的工艺流程主要有：模型设计、数据转换、切片处理、材料准备、逐层沉积到后期处理等关键环节。
一、前期准备
1、三维数据模型准备
FDM打印的第一步是创建或获取所需的三维数据模型。这通常使用计算机辅助设计（CAD）软件完成。首先，设计人员根据需求运用设计软件制作出三维CAD模型；然后，对CAD模型进行近似处理，以消除表面不规则的曲面。设计师可以根据需求绘制出产品的三维立体图，模型的质量直接影响到后续打印的精度和效果，因此设计师需要仔细考虑模型的几何形状、内部结构以及支撑结构的设计。
2、STL文件导出
设计好的CAD模型需要转换成3D打印机能够识别的文件格式，最常用的就是STL（Stereo Lithography）格式。STL文件是一种三维模型文件格式，它只包含模型的表面信息，而不包含颜色、材质等属性。通过导出STL文件，可以将CAD模型与3D打印机连接起来，将处理后的CAD模型转换为STL格式的三维近似模型文件，并进行分层处理，得到一系列层片模型，为后续的切片处理做准备。
3、切片处理
切片处理是FDM打印中至关重要的一步。它使用切片软件将STL格式的3D模型切分成一系列二维层片，每层厚度通常在0.1mm至0.5mm之间。切片软件会自动计算模型的截面信息，并根据需要添加支撑结构以确保打印过程中的稳定性和精度。同时，切片软件还会设置打印参数，如喷头温度、成形室温度、打印速度等，这些参数将直接影响到打印效果。
二、打印过程
1、材料加载与预热
在打印开始前，需要将所选的热塑性材料（如ABS、PLA等）加载到3D打印机的料盘中，并确保供料顺畅。同时，打印机需要预热至适宜的温度，以确保材料能够顺畅熔化和沉积。预热温度通常根据材料的熔融温度来确定，过高或过低的温度都会影响打印效果。
2、逐层打印
FDM打印机沿X、Y和Z轴移动，通过加热的喷嘴将热塑性材料融化，打印机根据分层数据逐层挤出熔融塑料并沉积在构建平台上，形成实体模型。每层材料沉积后迅速冷却凝固，形成有轮廓形状的薄层，并粘合在上一层。随着打印的进行，构建平台会逐渐降低一个薄层厚度，以便开始打印下一层。这个过程将重复进行，直到整个3D模型构建完成。
3、支撑结构
当模型包含复杂几何结构或悬垂部分时，FDM打印机会自动生成并打印支撑结构以确保打印过程中的稳定性和精度。这些支撑结构通常是临时的，在打印完成后需要被移除。支撑结构的设计需要考虑到易于移除且不会对模型造成损伤的原则。
三、后处理
在打印完成后，还需要进行后处理，如去除支撑结构、打磨表面等，以提高模型的精度和美观度。
1、移除支撑结构
打印完成后，首先需要移除打印过程中添加的支撑结构。这些结构可以通过手工或使用工具轻松移除。在移除过程中需要注意不要对模型造成损伤或留下痕迹。
2、打磨与抛光
移除支撑结构后，通常需要对打印件进行打磨和抛光处理以改善其表面质量。打磨可以使用砂纸或打磨机进行，从低粒度到高粒度逐渐进行，以消除表面的粗糙感和层纹。抛光则可以使用抛光机或抛光膏进行，以获得更加光滑和光亮的表面效果。
3、其他后处理工作
根据需要，还可以对打印件进行染色、涂漆等表面处理工作以进一步提升其外观和质感。这些后处理工作可以根据具体需求进行选择和调整。
结语
FDM技术的工艺流程每一步都至关重要，它们共同构成了FDM技术实现三维实体构建的全过程。FDM技术作为增材制造领域的重要一员，凭借其独特的熔融沉积成型方式，在产品设计、原型制作、教育科普等多个领域展现出了强大的应用潜力和价值。
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