熔融沉积快速成型工艺课件

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,第五章 熔融沉积快速成型工艺,快速成型与快速模具制造技术及其应用,机械工业出版社（第三版）,第五章 熔融沉积快速成型工艺,熔融沉积快速成型（,F,used,D,eposition,M,odeling,，,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方法。该工艺方法以,美国,Stratasys,公司,开发的,FDM,制造系统,的,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，,FDM Quantum,机型的最大造型体积达到,600mm,500mm,600mm,。此外，该公司推出的,Dimension,系列小型,FDM,三维打印设备得到市场的广泛认可，仅,2005,年的销量就突破了,1000,台。国内的,清华,大,学,与,北京殷华公司,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,MEM 250,等。,1,熔融沉积快速成型工艺的基本原理和特点,2,熔融沉积快速成型材料及设备,3,熔融沉积快速成型工艺过程,4,熔融沉积快速成型工艺因素分析,5,气压式熔融沉积快速成型系统,第五章 熔融沉积快速成型工艺,1,.,熔融沉积快速成型工艺的基本原理,第一节 熔融沉积快速成型工艺基本原理和特点,熔融沉积,（,Fused Deposition Modeling，,FDM,）又叫,熔丝沉积,，它是将,丝状的热熔性材料,加热熔化，通过带有一个,微细喷嘴的喷头挤喷,出来，如果热熔性材料的温度始终稍高于固化,温度,，而成型部分的温度稍低于固化温度，就能保证热熔性材料挤喷出喷嘴后，随即与前一层面,熔结,在一起。,一个层面沉积完成后，工作台按预定的增量下降一个层的厚度，再继续熔喷沉积，直至完成整个实体造型。,图,5-1,熔融沉积制造工艺的基本原理,将实芯,丝材,原材料缠绕在供料辊上，由电机驱动,辊子,旋转，辊子和丝材之间的摩擦力使丝材向喷头的出口送进。,在供料辊与喷头之间有一,导向套,，导向套采用低摩擦材料制成，以便丝材能顺利、准确地由供料辊送到,喷头,的内腔。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,，然后通过出口涂覆至工作台上，并在冷却后形成,制件,当前截面,轮廓。,图,5-1,熔融沉积制造工艺的基本原理,第一节 熔融沉积快速成型工艺基本原理和特点,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,，如图,5-2,所示。一个喷头用于沉积模型材料，一个喷头用于沉积支撑材料。,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。,图,5-2,双喷头熔融沉积工艺的基本原理,第一节 熔融沉积快速成型工艺基本原理和特点,2,.,熔融沉积成型工艺的特点,优点：,系统构造和原理简单，运行维护费用低（,无激光器,）,原材料无毒，,适宜在办公环境,安装使用,用蜡成形的零件原型，可以直接用于失蜡铸造,可以成型任意复杂程度的零件,无化学变化，制件的翘曲变形小,原材料利用率高，且材料寿命长,支撑去除简单,，,无需化学清洗，分离容易,可直接制作彩色原型,缺点：,成型件表面有较明显条纹,沿成型轴垂直方向的强度比较弱,需要设计与制作支撑结构,原材料价格昂贵,需要对整个截面进行扫描涂覆，成形时间较长,第一节 熔融沉积快速成型工艺基本原理和特点,指,标,SLA,LOM,SLS,FDM,成型速度,较快,快,较慢,较慢,原型精度,高,较高,较低,较低,制造成本,较高,低,较低,较低,复杂程度,复杂,简单,复杂,中等,零件大小,中小件,中大件,中小件,中小件,常用材料,热固性光敏树脂等,纸、金属箔、塑料薄膜等,石蜡、塑料、金属、陶瓷等粉末,石蜡、尼龙、,ABS,、低熔点金属等,第一节 熔融沉积快速成型工艺基本原理和特点,FDM,工艺与其它快速成型工艺方法的比较：,1,熔融沉积快速成型工艺的基本原理和特点,2,熔融沉积快速成型材料及设备,3,熔融沉积快速成型工艺过程,4,熔融沉积快速成型工艺因素分析,5,气压式熔融沉积快速成型系统,第五章 熔融沉积快速成型工艺,第二节 熔融沉积快速成型材料及设备,1,.,熔融沉积快速成型材料,熔融沉积快速成型制造技术的关键在于热融喷头，喷头温度的控制要求使材料挤出时既保持一定的形状又有良好的粘结性能。除了热熔喷头以外，,成型材料的相关特性,（如,材料的粘度,、,熔融温度,、,粘结性,以及,收缩,率等）也是该工艺应用过程中的关键。,熔融沉积工艺使用的材料,分为两部分：一类是,成型材料,，另一类是,支撑材料,。,第二节 熔融沉积快速成型材料及设备,材料的粘度,材料的粘度低、流动性好，阻力就小，有助于材料顺利挤出。材料的流动性差，需要很大的送丝压力才能挤出，会增加喷头的启停响应时间，从而影响成型精度。,材料熔融温度,熔融温度低可以使材料在较低温度下挤出，有利于提高喷头和整个机械系统的寿命。可以减少材料在挤出前后的温差，减少热应力，从而提高原型的精度。,材料的粘结性,FDM,工艺是基于分层制造的一种工艺，层与层之间往往是零件强度最薄弱的地方，粘结性好坏决定了零件成型以后的强度。粘结性过低，有时在成型过程中因热应力会造成层与层之间的开裂。,材料的收缩率,由于挤出时，喷头内部需要保持一定的压力才能将材料顺利挤出，挤出后材料丝一般会发生一定程度的膨胀。如果材料收缩率对压力比较敏感，会造成喷头挤出的材料丝直径与喷嘴的名义直径相差太大，影响材料的成型精度。,FDM,成型材料的收缩率对温度不能太敏感，否则会产生零件翘曲、开裂。,由以上材料特性对,FDM,工艺实施的影响来看，,FDM,工艺对成型材料的要求是,熔融温度低、粘度低、粘结性好、收缩率小。,熔融沉积快速成型工艺对原型材料的要求：,熔融沉积快速成型工艺对支撑材料的要求：,能承受一定高温度,由于支撑材料要与成型材料在支撑面上接触，所以支撑材料必须能够承受成型材料的高温，在此温度下不产生分解与融化。,与成型材料不浸润，便于后处理,支撑材料是加工中采取的辅助手段，在加工完毕后必须去除，所以支撑材料与成型材料的亲和性不应太好。,具有水溶性或者酸溶性,对于具有很复杂的内腔、孔等原型，为了便于后处理，可通过支撑材料在某种液体里溶解而去支撑。由于现在,FDM,使用的成型材料一般是,ABS,工程塑料，该材料一般可以溶解在有机溶剂中，所以不能使用有机溶剂。目前已开发出水溶性支撑材料。,具有较低的熔融温度,具有较低的熔融温度可以使材料在较低的温度挤出，提高喷头的使用寿命。,流动性要好,由于支撑材料的成型精度要求不高，为了提高机器的扫描速度，要求支撑材料具有很好的流动性，相对而言，对于粘性可以差一些。,FDM,工艺对支撑材料的要求是能够,承受一定的高温,、,与成型材料不浸润,、,具有水溶性或者酸溶性,、,具有较低的熔融温度,、,流动性要特别好,等。,第二节 熔融沉积快速成型材料及设备,材,料,适用的设备系统,可供选择的颜色,备,注,ABS,丙稀腈丁二烯苯乙烯,FDM1650,，,FDM2000,，,FDM8000,，,FDMQuantum,白黑红绿蓝,耐用的无毒塑料,ABSi,医学专用,ABS,FDM1650,，,FDM2000,黑白,被食品及药物管理局认可的、耐用的且无毒的塑料,E20,FDM1650,，,FDM2000,所有颜色,人造橡胶材料，与封铅、轴衬、水龙带和软管等使用的材料相似,ICW06,熔模铸造用蜡,FDM1650,，,FDM2000,N/A,N/A,可机加工蜡,FDM1650,，,FDM2000,N/A,N/A,造型材料,Genisys Modeler,N/A,高强度聚酯化合物，多为磁带式而不是卷绕式,表,5-2,FDM,工艺成型材料的基本信息,第二节 熔融沉积快速成型材料及设备,材 料,抗拉强度,/MPa,弯曲强度,/MPa,冲击韧性,/(J/m2),延伸率,/%,肖氏硬度,/D,玻璃化温度,/,ABS,22,41,107,6,105,104,ABSi,37,61,101.4,3.1,108,116,ABSplus,36,52,96,4,ABS-M30,36,61,139,6,109.5,108,PC-ABS,34.8,50,123,4.3,110,125,PC,52,97,53.39,3,115,161,PC-ISO,52,82,53.39,5,161,PPSF,55,110,58.73,3,86,230,E20,6.4,5.5,347,96,ICW06,3.5,4.3,17,13,Genisys Modeling Material,19.3,26.9,32,62,表,5-3,FDM,工艺成型材料的特性指标,第二节 熔融沉积快速成型材料及设备,供应熔丝沉积制造（FDM）设备工艺的单位主要有美国的Stratasys公司、3D Systems公司、MedModeler公司以及国内的清华大学等。,Stratasys公司的FDM技术在国际市场上所占比例最大。,2.,熔融沉积快速成型制造设备,图,5-3,Stratasys,公司于,1993年,开发出第一台,FDM1650,机型,尺寸：,254mm254mm254mm,图,5-4,Stratasys,公司的,FDM-Quantum,机型,尺寸：,600mm500mm600mm,图,5-5,Stratasys,公司的,FDM-,Genisys,Xs,机型,尺寸：,305mm203mm203mm,第二节 熔融沉积快速成型材料及设备,由于在几种常用的快速成型设备系统中，唯有FDM系统可以成为办公室使用的产品。为此，Stratasys公司专门成立了负责小型机器销售和研发部门Dimension部门。,图,5-6,Stratasys,公司的,Dimension,BST768,机型,尺寸：,203mm203mm305mm,图,5-7,Stratasys,公司的,Dimension,BST1200,机型,尺寸：,254mm254mm305mm,第二节 熔融沉积快速成型材料及设备,3D Systems,公司自推出光固化快速成型系统及选择性激光烧结系统后，又推出了熔融沉积式的小型三维成型机,Invision 3-D Modeler,系列。该系列机型采用多喷头结构，成型速度快，材料具有多种颜色，采用溶解性支撑，原型稳定性能好，成型过程中无噪声。,图,5-8,3D Systems,公司的,XT 3-D Modeler,机型,图,5-9 3D Systems,公司的,LD 3-D Modeler,机型,第二节 熔融