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3D打印工艺——FDM工艺简介

格融沉积快速成型(Fused Deposion Modeling, FDM)是继光固化快速成型和叠层实体快速成型工艺后的另一种应用比较广泛的快速成型工艺。该技术是当前应用较为广泛的一种3D打印技术，同时也是最早开源的3D打印技术之一。该工艺方法以美国Sratasys公司开发的FDM制造系统应用最为广泛。该公司自1993年开发出第一台FDM1650机型后，先后推出了FDM2000、FDM3000、FDM8000及1998年推出的引人注目的FDM Quantum机型。FDMQuantum机型的最大造型体积达到600mm×500mm×600mm。国内的清华大学也较早地进行了FDM工艺商品化系统的研制工作，并推出熔融挤压制造设备MEM250等。

具体操作如下：

• 准备阶段：首先，根据3D模型的设计，对其进行切片处理，即将3D模型分解成一系列二维薄片。这一步是为了便于后续的控制和管理。

• 打印阶段：切片完成后，3D打印机将熔融的材料（通常为ABS或PLA）从耗材卷中通过喷嘴挤出，然后均匀地堆积在工作台上。喷嘴会将材料加热至液态，随后挤出，形成一层薄薄的塑料层。工作台随后下降，以便下一层能够被打印。这个过程不断重复，直至整个3D模型构建完成。

• 后处理：打印完成后，还需要进行一些后处理工作，如移除多余的支撑材料，并进行打磨和涂漆等表面处理，提高打印模型的外观质量和质感。

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3D打印工艺——FDM工艺的特点

FDM的优点是材料利用率高，可选材料种类多、工艺简洁，但成型精度更高、成型实物强度更高，并且可以彩色成型。其缺点是精度低，复杂构件不易制造，悬臂件需加支撑，而且成型后表面粗糙。该工艺适合于产品的概念建模及形状和功能测试，中等复杂程度的中小原型不适合制造大型零件。

优点：

1)系统构造原理和操作简单，维护成本低，系统运行安全。

2)可以使用无毒的原材料，设备系统可在办公环境中安装使用。

3)用蜡成型的零件原型，可以直接用于失蜡铸造。

4)可以成型任意复杂程度的零件，常用于成型具有很复杂的内腔、孔等零件。

5)原材料在成型过程中无化学变化，制件的翘曲变形小。

6)原材料利用率高，且材料寿命长。

7)支撑去除简单，无须化学清洗，分离容易。

缺点：

1)成型件的表面有较明显的条纹。

2)沿成型轴垂直方向的强度比较弱。

3)需要设计与制作支撑结构。

4)需要对整个截面进行扫描涂覆，成型时间较长。

5)原材料价格昂贵。

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3D打印技术主要的使用材料

FDM 3D打印技术主要的使用材料为ABS

(1)ABS塑料

ABS塑料具有优良的综合性能，其强度、柔韧性、机械加工性优异，并具有更高的耐温性，是工程机械零部件的优先塑料。

ABS塑料的缺点是在打印过程中会产生气味，而且由于ABS的冷收缩性，在打印过程中模型易与打印平板产生脱离。

(2)PLA塑料

PLA塑料是当前桌面式3D打印机使用最广泛的一种材料。PLA塑料是生物可降解材料，使用可再生的植物资源(如玉米)所提出的淀粉原料制成。

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3D打印工艺——熔融沉积快速成型技术的应用

FDM快速成型技术已被广泛应用于汽车、机械、航空航天、家电、通信、电子、建筑、医学、玩具等产品的设计开发过程，如产品外观评估、方案选择、装配检查、功能测试、用户看样订货、塑料件开模前校验设计以及少量产品制造等，也应用于政府、大学及研究所等机构。用传统方法需要几个星期、几个月才能制造的复杂产品原型，用FDM成型法无需任何刀具和模具，很快便可完成。

(1)FDM在日本丰田公司的应用

丰田公司采用FDM工艺制作右侧镜支架和4个门把手的母模，通过快速模具技术制作产品而取代传统的CNC制模方式，使得2000 Avalon车型的制造成本显著降低，右侧镜支架模具成本降低20万美元，4个门把手模具成本降低30万美元。FDM工艺已经为丰田公司在轿车制造方面节省了约200万美元。

(2)FDM在美国快速原型制造公司的应用

从事模型制造的美国Rapid Models & Prototypes公司采用FDM工艺为生产厂商Laramie Toys制作了玩具水枪模型。借助FDM工艺制作该玩具水枪模型，通过将多个零件一体制作，减少了传统制作方式制作模型的部件数量，避免了焊接与螺纹连接等组装环节，显著提高了模型制作的效率。

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