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FDM（Fused Deposition Modeling）中文全稱為熔融沉積成型，是目前應(yīng)用最為廣泛的3D打印技術(shù)，該技術(shù)是美國Stratasys公司于上世紀八十年代末發(fā)明。1992年該公司推出世界上第一款基于FDM技術(shù)的3D打印機，標志著FDM技術(shù)步入商用階段。2009年FDM關(guān)鍵技術(shù)專利到期，各種基于FDM技術(shù)的開始大量出現(xiàn)，行業(yè)迎來快速發(fā)展期。
對于3D打印而言，材料是關(guān)鍵所在，F(xiàn)DM技術(shù)路徑涉及的材料主要包括成型材料和支撐材料，根據(jù)技術(shù)特點 FDM應(yīng)用領(lǐng)域包括概念建模、功能性原型制作 與其他3D打印技術(shù)相比，F(xiàn)DM技術(shù)不涉及激光 一、FDM技術(shù)的概況 1、3D打印技術(shù)路徑概況 3D打?div id="d48novz" class="flower left"> 2 國內(nèi)方面 2009年FDM關(guān)鍵技術(shù)專利過期 3 FDM的工作原理是將絲狀原料通過送絲部件送入熱熔噴頭，然后在噴頭內(nèi)被加熱融化 一套完成的FDM制造系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng) 二、FDM系統(tǒng)材料 材料是3D打印技術(shù)的關(guān)鍵所在 1 成型材料是利用FDM技術(shù)實現(xiàn)3D打印的載體 ABS材料。ABS是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 作為一種用途廣泛的合成樹脂，ABS價格主要影響因素為國際原油價格，近期國際原油價格持續(xù)低迷，ABS價格也出現(xiàn)下跌，2015年以來ABS均價為12451元/噸，較2015年均價下跌14%，預(yù)計短期內(nèi)ABS價格很難出現(xiàn)上漲，從歷年的情況看，ABS均價在15000元/噸左右。 隨著產(chǎn)能的不斷擴增，PC價格近年來總體上呈下跌趨勢，2015年以來，由于下游需求的回暖，PC均價為19250元/噸，較去年同期上漲8%左右，從近年來的情況看，2010年以來 PC均價為19650元/噸 PP材料 2015年以來，在國際原油價格持續(xù)低迷背景下，PP失去成本支撐，價格有所下滑，2015年以來均價為10196元/噸，較2014年均價下跌14%，統(tǒng)計顯示，2006年以來PP均價為12120元/噸。 目前PLA均價在 21000元/噸左右，其價格高于ABS、PC、PP等石化路徑工程塑料，原因是聚乳酸原料來自于玉米等農(nóng)作物生物發(fā)酵，成本相對較高，也因為如此，其環(huán)境友好程度較高。 合成橡膠材料。為了區(qū)別于天然橡膠，統(tǒng)一將用化學方法人工合成的橡膠稱為合成橡膠，能夠有效彌補天然橡膠產(chǎn)量不足的問題，合成橡膠一般在性能上不如天然橡膠全面，但它具有高彈性、絕緣性、氣密性、耐油、耐高溫或低溫等性能，因而廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè) 支撐材料 三 1 概念建模的應(yīng)用主要涉及建筑模型、人體工程學研究 建筑建模。計算機模擬在工程設(shè)計和建筑領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用了很長一段時間 市場營銷和設(shè)計 2、功能性原型制作 在產(chǎn)品設(shè)計初期 3 由于FDM技術(shù)可以采用高性能的生產(chǎn)級別材料，可以在很短的時間內(nèi)制造標準工具 4 FDM技術(shù)可制造業(yè)界最為耐用、穩(wěn)定 5 四 與其他3D打印技術(shù)路徑相比 1 成本低。FDM技術(shù)不采用激光器 環(huán)境污染較小 設(shè)備、材料體積較小 原料利用率高。沒有使用或者使用過程中廢棄的成型材料和支撐材料可以進行回收 后處理相對簡單，要求成型材料具有熔融溫度低、粘度低、粘結(jié)性好、收縮率小等特點；支撐材料要求具有能夠承受一定的高溫、與成型材料不浸潤、具有水溶性或者酸溶性、具有較低的熔融 溫度、流動性要好等特點。
、制造加工、最終用途零件制造、修整等方面，涉及汽車、醫(yī)療、建筑、娛樂、電子等領(lǐng)域，隨著技術(shù)的進步，F(xiàn)DM的應(yīng)用還在不斷拓展。
、高溫、高壓等危險環(huán)節(jié)，同時其體積也較小，是成本相對較低的3D打印技術(shù)，能夠大量應(yīng)用于家庭及辦公室環(huán)境，隨著關(guān)鍵技術(shù)專利的到期，F(xiàn)DM的各種應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷拓展，前景值得期待。
。?D Printing）技術(shù)
2一、FDM技術(shù)概況
，是在計算機控制下，基于“增材制造”原理， 立體逐層堆積離散材料，進行零件原型或最終產(chǎn)品的成型與制造的技術(shù)。該技術(shù)以計算機三維設(shè)計模型為藍本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，將3D實體變?yōu)槿舾蓚€2D平面，利用激光束、電子束、熱熔噴嘴等方式將粉末、熱塑性材料等特殊材料進行逐層堆積粘結(jié)，最終疊加成型，制造出實體產(chǎn)品。3D打印主要實現(xiàn)技術(shù)類型技術(shù)基本材料擠出成型熔融沉積（FDM）熱塑性材料（如PLA、ABS）、共融金屬、可食用材料粒狀物料成型直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）幾乎任何金屬合金電子束熔煉（EBM）鈦合金選擇性熱燒結(jié)（SHS）熱塑性粉末選擇性激光燒結(jié)（SLS）熱塑性塑料、金屬粉末、陶瓷粉末基于粉末床、噴頭和石膏的3D打印（PP）石膏光聚合成型光固化成型（SLA）光敏聚合物數(shù)字光處理 （DLP）液體樹脂
、FDM發(fā)展歷程
，對于FDM技術(shù)的研究最早包括清華大學、西安交大、華中科大等幾所高效進行，其中，清華大學下屬的企業(yè)于2000年推出了基于FDM技術(shù)的商用3D打印機，近年來也涌現(xiàn)出北京太爾時代、杭州先臨三維等多家將3D打印機技術(shù)商業(yè)化的企業(yè)。
，基于FDM的開始大量出現(xiàn)，行業(yè)也迎來了快速發(fā)展期，相關(guān)設(shè)備的成本和售價也大幅降低，數(shù)據(jù)顯示，專利到期之后桌面級FDM打印機從超過1萬美元下降至幾百美元，銷售數(shù)量也從幾千臺上升至幾萬臺 。
、FDM工藝原理
，在電腦控制下噴頭沿著零件截面輪廓和填充軌跡運動 ，將半流動狀態(tài)的材料送到指定位置并最終凝固，同時與周圍材料粘結(jié) ，選擇性地逐層融化與覆蓋 ，最終形成成品。
、軟件系統(tǒng) ，硬件系統(tǒng)主要指3D打印機本身，一臺利用FDM技術(shù)的3D打印機包括工作平臺、送絲裝置、加熱噴頭、儲絲設(shè)備和控制設(shè)備五大部分組成。
3二、FDM系統(tǒng)材料
，對于FDM來說也不例外，F(xiàn)DM系統(tǒng)的材料主要包括成型材料和支撐材料，成型材料主要為熱塑性材料，包括ABS、PLA、人造橡膠、石蠟等；支撐材料目前主要為水溶性材料。
、成型材料
，對其粘度、熔融溫度、粘結(jié)性、收縮率等方面均有較高的要求，具體要求如下：FDM技術(shù)對成型材料的要求性能具體要求原因粘度低材料的粘度低，流動性好，阻力就小，有助于材料順利擠出。材料的流動性差，需要很大的送絲壓力才能擠出，會增加噴頭的啟停響應(yīng)時間，從而影響成型精度。熔融溫度低熔融溫度低可以使材料在較低溫度下擠出，有利于提高噴頭和整個機械系統(tǒng)的壽命 ，可以減少材料在擠出前后的溫差 ，減少熱應(yīng)力，從而提高原型的精度 。粘結(jié)性高FDM工藝時基于分層制造的一種工藝 ，層與層之間往往是零件強度最薄弱的地方，粘結(jié)性好壞決定了零件成型以后的強度 ，粘結(jié)性過低 ，有時在成型過程中因熱應(yīng)力會造成層與層之間的開裂。收縮率小由于擠出時 ，噴頭內(nèi)部需要保持一定的壓力才能將材料順利擠出 ，擠出后材料絲一般會發(fā)生一定程度的膨脹。如果材料收縮率對壓力比較敏感 ，會造成噴頭擠出的材料絲直徑與噴嘴的名義直徑相差太大 ，影響材料的成型精度 ，F(xiàn)DM成型材料的收縮率對溫度太敏感，否則會產(chǎn)生零件翹曲 、開裂 。
，為五大合成樹脂之一 ，具有抗沖擊性、耐熱性 、耐低溫性 、耐化學藥品性及電氣性能優(yōu)良，還具有易加工 、制品尺寸穩(wěn)定 、表面光澤性好等特點，容易涂裝、著色，還可以進行表面噴鍍金屬、電鍍、焊接、熱壓和粘接等二次加工，廣泛應(yīng)用于機械、汽車、電子電器、儀器儀表、紡織和建筑等工業(yè)領(lǐng)域，是一種用途極廣的熱塑性工程塑料。
。
。PP即聚丙烯 ，是由丙烯聚合而制得的一種熱塑性樹脂 ，其無毒、無味 ，密度小 ，強度、剛度、硬度耐熱性均優(yōu)于低壓聚乙烯,可在100℃左右使 用。具有良好的介電性能和高頻絕緣性且不受濕度影響，但低溫時變脆，不耐磨、易老化。適于制作一般機械零件、耐腐蝕零件和絕緣零件。常見的酸、堿等有機溶劑對它幾乎不起作用，可用于食具。
、國防、交通及日常生活中。
。顧名思義是在3D打印過程中對成型材料起到支撐作用的部分，在打印完成后，支撐材料需要進行剝離，因此也要求其具有一定的性能，目前采用的支撐材料一般為水溶性材料，即在水中能夠溶解，方便剝離。具體特性要求如下表：FDM技術(shù)對支撐材料的要求性能具體要求原因耐溫性耐高溫由于支撐材料要與成型材料在支撐面上接觸，所以支撐材料必須能夠承受成型材料的高溫，在此溫度下不產(chǎn)生分解與融化。與成型材料的親和性與成型材料不浸潤支撐材料是加工中采取的輔助手段，在加工完畢后必須除掉，所以支撐材料與成型材料的親和性不應(yīng)太好。溶解性具有水溶性或者酸溶性對于具有很復(fù)雜的內(nèi)腔、孔隙等原型，為了便于后處理，可通過支撐材料在某種液體里溶解而去支撐。由于現(xiàn)在FDM使用的成型材料一般是ABS工程塑料，該材料一般可以溶解在有機溶劑中，所以不能使用有機溶劑。目前，已開發(fā)出水溶性支撐材料。熔融溫度低具有較低的熔融溫度可以使材料在較低的溫度擠出，提高噴頭的使用壽命。流動性高由于支撐材料的成型精度要求不高，為了提高機器的掃描速度，要求支撐材料具有很好的流動性，相對而言，對于粘性可以差一些。
4三、FDM技術(shù)的應(yīng)用
、FDM技術(shù)的應(yīng)用
、概念建模
、市場營銷和設(shè)計方面。
。但是，建筑可視化的傳統(tǒng)做法是使用木材或泡沫板制作建筑的等比例模型。這使得建筑師可以看到建筑在實際空間中如何矗立，以及是否存在任何可以改正的問題。而3D打印結(jié)合了計算機模擬的精確性和等比例模型的真實性，能夠有效降低設(shè)計成本和開發(fā)時間，同時通過等比例的模型可以對建筑進行改良，增加安全性和合理性。
。利用FDM技術(shù)構(gòu)建的模型可以進行打磨、上漆、甚至鍍鉻，從而達到與新產(chǎn)品最終外觀一致的目的。FDM使用生產(chǎn)級的熱塑塑料，因此模型可以獲得與最終產(chǎn)品一樣的耐用性和使用感受。
，可以利用FDM技術(shù)快速獲得產(chǎn)品原型，而通過FDM技術(shù)獲得的原型本身具有耐高溫、耐化學腐蝕等性能，能夠通過原型進行各種性能測試，以改進最終的產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)，大大縮短了產(chǎn)品從設(shè)計到生產(chǎn)的時間。
、制造加工
，并可進行小批量生產(chǎn)，通過小批量生產(chǎn)可以使用與最終產(chǎn)品相同的流程和材料來創(chuàng)建原型，并在等待最終模具從車間發(fā)往各地的同時，即可將新產(chǎn)品上市。
、最終用途零件
、可重復(fù)使用的部件。其精度可媲美注塑成形，且能使用多種熱塑性材料，通過FDM技術(shù)，制造商可以抓住更多小批量制造、定制最終用途零件和工廠自動化的機會。
、FDM應(yīng)用案例
5四、FDM技術(shù)優(yōu)缺點
、FDM技術(shù)優(yōu)缺點
，F(xiàn)DM具有成本低、原料廣泛等優(yōu)點，同樣存在成型精度低、支撐材料難以剝離等特點，下面做簡要分析。
、具有的優(yōu)點
，設(shè)備運營維護成本較低，而其成型材料 也多為 ABS、PC 等產(chǎn)用工程塑料，成本同樣較低，因此目前桌面級3D打印機多采用FDM技術(shù)路徑。
。在整個過程中只涉及熱塑材料的熔融和凝固，且在較為封閉的3D打印室內(nèi)進行，且不涉及高溫、高壓，沒有有毒有害物質(zhì)排放，因此，環(huán)境友好程度較高。
。采用FDM路徑的3D打印機設(shè)備體積較小 ，而耗材也是成卷的絲材，便于搬運，適合于辦公室 、家庭等環(huán)境 。
，加工再利用 ，能夠有效提高原料的利用效率。
