3D打印技術(shù)之熔融沉積成型（FDM）
時(shí)間：2016-03-24 13:58 來(lái)源：南極熊 作者：中國(guó)3D打印網(wǎng) 閱讀：次
FDM發(fā)展概況
FDM中文全稱(chēng)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(guó) Stratasys 公司于上世紀(jì)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(jī)，標(biāo)志著 FDM技術(shù)步入 商用階段。2009年 FDM關(guān)鍵技術(shù)專(zhuān)利到期，各種基于 FDM技術(shù)的 3D 打印公司開(kāi)始大量出現(xiàn)，行業(yè)迎來(lái)快速發(fā)展期。
FDM路徑相關(guān)材料
對(duì)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(diǎn)，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(diǎn)；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(rùn)、具有水溶性或者酸溶性、具有較低的熔融 溫度、流動(dòng)性要好等特點(diǎn)。
FDM中文全稱(chēng)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(guó) Stratasys 公司于上世紀(jì)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(jī)，標(biāo)志著 FDM技術(shù)步入 商用階段。2009年 FDM關(guān)鍵技術(shù)專(zhuān)利到期，各種基于 FDM技術(shù)的 3D 打印公司開(kāi)始大量出現(xiàn)，行業(yè)迎來(lái)快速發(fā)展期。
FDM路徑相關(guān)材料
對(duì)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(diǎn)，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(diǎn)；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(rùn)、具有水溶性或者酸溶性、具有較低的熔融 溫度、流動(dòng)性要好等特點(diǎn)。
FDM的應(yīng)用
FDM 應(yīng)用領(lǐng)域包括概念建模、功能性原型制作、制造加工、最終用途 零件制造、修整等方面，涉及汽車(chē)、醫(yī)療、建筑、娛樂(lè)、電子等領(lǐng)域， 隨著技術(shù)的進(jìn)步，F(xiàn)DM的應(yīng)用還在不斷拓展。
FDM優(yōu)點(diǎn)及存在的問(wèn)題
FDM 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)包括成本低、成型材料范圍較廣、環(huán)境污染較小、設(shè)備 及材料體積較小、原料利用率高、后處理相對(duì)簡(jiǎn)單等；缺點(diǎn)包括成型時(shí) 間較長(zhǎng)、精度低、需要支撐材料等。
結(jié)論及展望
與其他 3D打印技術(shù)相比，F(xiàn)DM技術(shù)不涉及激光、高溫、高壓等危險(xiǎn)環(huán) 節(jié)，同時(shí)其體積也較小，是成本相對(duì)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(zhuān)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。
目 錄
一、FDM概況 .............................................................................................................................................................................. 4
1、3D打印技術(shù)路徑概況 .................................................................................................................................................... 4
2、FDM發(fā)展歷程 ................................................................................................................................................................ 5
3、FDM工藝原理 ................................................................................................................................................................ 5
二、FDM路徑相關(guān)材料 .............................................................................................................................................................. 7
1、成型材料 ......................................................................................................................................................................... 7
2、支撐材料 ....................................................................................................................................................................... 11
三、FDM的應(yīng)用 ........................................................................................................................................................................ 12
1、概念建模 ....................................................................................................................................................................... 12
2、功能性原型制作 ............................................................................................................................................................ 13
3、制造加工 ....................................................................................................................................................................... 13
4、最終用途零件................................................................................................................................................................ 14
5、FDM應(yīng)用案例 .............................................................................................................................................................. 14
四、FDM優(yōu)點(diǎn)及存在的問(wèn)題 .................................................................................................................................................... 15
1、具有的優(yōu)點(diǎn) ................................................................................................................................................................... 15
2、存在的缺點(diǎn) ................................................................................................................................................................... 15
3、與其他 3D打印技術(shù)的對(duì)比 ......................................................................................................................................... 16
五、結(jié)論及展望 .......................................................................................................................................................................... 16
圖表目錄
圖表 1：FDM成型過(guò)程 ................................................................................................................................................. 6
圖表 2：FDM工藝原理簡(jiǎn)圖 ......................................................................................................................................... 6
圖表 3：某型號(hào) 3D打印機(jī)正面 ...................................................................................................................................... 7
圖表 4：某型號(hào) 3D打印機(jī)背面 ...................................................................................................................................... 7
圖表 5：FDM技術(shù)對(duì)成型材料的要求 ........................................................................................................................... 7
圖表 6：ABS價(jià)格走勢(shì) .................................................................................................................................................. 9
圖表 7：PC價(jià)格走勢(shì) .................................................................................................................................................... 9
圖表 8：PC價(jià)格走勢(shì) .................................................................................................................................................. 10
圖表 9：丁苯橡膠價(jià)格走勢(shì) ......................................................................................................................................... 11
圖表 10：天然橡膠價(jià)格走勢(shì) ....................................................................................................................................... 11
圖表 11：FDM技術(shù)對(duì)成型材料的要求 ....................................................................................................................... 11
圖表 12：建筑建模案例展示 ....................................................................................................................................... 13
一、FDM概況
1、3D打印技術(shù)路徑概況
3D打印（3D Printing）技術(shù)，是在計(jì)算機(jī)控制下，基于“增材制造”原理， 立體逐層堆積離散材料，進(jìn)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(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，通過(guò)軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，將 3D 實(shí)體變?yōu)槿舾蓚�(gè) 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(jìn)行逐層堆積粘結(jié)，最終疊加成型，制造出實(shí)體產(chǎn)品。
經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種 3D 打印技術(shù)路徑，從大類(lèi)上劃 分為擠出成型、粒狀物料成型、光聚合成型和其他成型幾大類(lèi)，基礎(chǔ)成型主要 代表技術(shù)路徑為熔融沉積成型（FDM）；粒狀物成型技術(shù)路徑主要包括電子束 熔化成型（EBM）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）、三維打印（3DP）、選擇性熱燒 結(jié)（SHS）等；光聚合成型主要包括光固化（SLA）、數(shù)字光處理（DLP）、聚 合物噴射（PI）；其他技術(shù)包括激光熔覆快速制造技術(shù)（LENS）、熔絲制造（FFF）、 融化壓模（MEM）、層壓板制造（LOM）等。
其中 FDM、SLA、LOM、SLS、3DP為主流技術(shù)，熔融沉積成型 FDM工 藝一般是熱塑性材料，以絲狀形態(tài)供料。材料在噴頭內(nèi)被加熱熔化，噴頭沿零 件截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將熔化的材料擠出，材料迅速凝固，并與周 圍的材料凝結(jié)；
光固化快速成形 SLA，又稱(chēng)立體光刻、光成形等，是一種采用激光束逐點(diǎn) 掃描液態(tài)光敏樹(shù)脂使之固化的快速成型工藝；
疊層實(shí)體制造 LOM 工藝是快速原型技術(shù)中具有代表性的技術(shù)之一，是基 于激光切割薄片材料、由黏結(jié)劑黏結(jié)各層成形；
選擇性激光燒結(jié) SLS工藝，是采用紅外激光作為熱源來(lái)燒結(jié)粉末材料，并 以逐層堆積方式成形三維零件的一種快速成形技術(shù)；
3DP工藝與 SLS工藝類(lèi)似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金屬粉末。 所不同的是材料粉末不是通過(guò)燒結(jié)連接起來(lái)的，而是通過(guò)噴頭用粘接劑將零件 的截面“印刷”在材料粉末上面。
2、FDM發(fā)展歷程
熔融沉積成型（FDM，F(xiàn)used Deposition Modeling）是上世紀(jì)八十年代末， 由美國(guó) Stratasys 公司發(fā)明的技術(shù)，是即光固化快速成型（SLA）和疊層實(shí)體 快速成型工藝（LOM）后的另一種應(yīng)用比較廣泛的 3D 打印技術(shù)路徑。1992 年，Stratasys公司推出了世界上第一臺(tái)基于 FDM技術(shù)的 3D打印機(jī)——“3D 造型者（3D Modeler）”，這也標(biāo)志著 FDM技術(shù)步入商用階段。由于 FDM工 藝不需要激光系統(tǒng)支持，成型材料多為 ABS、PLA等熱塑性材料，因此性?xún)r(jià)比 較高，是桌面級(jí) 3D打印機(jī)廣泛采用的技術(shù)路徑。
國(guó)內(nèi)方面，對(duì)于 FDM 技術(shù)的研究最早在包括清華大學(xué)、西安交大、華中 科大等幾所高校進(jìn)行，其中清華大學(xué)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(jī)，近年來(lái)也涌現(xiàn)出北京太爾時(shí)代、杭州先臨三維等多家將 3D打印機(jī)技術(shù)商業(yè)化的企業(yè)。
2009 年 FDM關(guān)鍵技術(shù)專(zhuān)利過(guò)期，基于 FDM的 3D 打印公司開(kāi)始大量出 現(xiàn)，行業(yè)也迎來(lái)了快速發(fā)展期，相關(guān)設(shè)備的成本和售價(jià)也大幅降低，數(shù)據(jù)顯示， 專(zhuān)利到期之后桌面級(jí) FDM打印機(jī)從超過(guò) 1 萬(wàn)美元下降至幾百美元，銷(xiāo)售數(shù)量 也從幾千臺(tái)上升至幾萬(wàn)臺(tái)。
3、FDM工藝原理
FDM的工作原理是將絲狀原料通過(guò)送絲部件送入熱熔噴頭，然后在噴頭內(nèi)被加熱融化，在電腦控制下噴頭沿著零件截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動(dòng)，將半流動(dòng)狀態(tài)的材料送到指定位置并最終凝固，同時(shí)與周?chē)牧险辰Y(jié)，選擇性的逐層熔化與覆蓋，最終形成成品。過(guò)程主要包括設(shè)計(jì)三維模型、三維模型的近似處理、STL文件的分層處理、造型及后處理。
一套完整的 FDM制造系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)主要指 3D 打印機(jī)本身，一臺(tái)利用 FDM技術(shù)的 3D打印機(jī)包括工作平臺(tái)、送絲裝置、加熱 噴頭、儲(chǔ)絲設(shè)備和控制設(shè)備五大部分組成。
一套完整的 FDM制造系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)主要指 3D 打印機(jī)本身，一臺(tái)利用 FDM技術(shù)的 3D打印機(jī)包括工作平臺(tái)、送絲裝置、加熱 噴頭、儲(chǔ)絲設(shè)備和控制設(shè)備五大部分組成。
軟件系統(tǒng)是指設(shè)計(jì)人員利用 CAD 軟件進(jìn)行擬打印產(chǎn)品的三維圖形繪制， 或者利用 3D掃描儀將擬打印產(chǎn)品的數(shù)據(jù)輸入電腦，最后以 STL格式輸出原型 的幾何信息。信息處理單元由 STL文件處理、工藝處理、數(shù)控、圖形顯示等模 塊組成，分別完成對(duì) STL文件錯(cuò)誤數(shù)據(jù)檢驗(yàn)與修復(fù)、層片文件生成、填充線(xiàn)計(jì) 算、數(shù)控代碼生成和對(duì)原型機(jī)的控制。其中，工藝處理模塊根據(jù) STL文件判斷 制作成型過(guò)程中是否需要支撐，如需要支撐則進(jìn)行支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并以 CLI格 式輸出產(chǎn)生分層 CLI文件。
二、FDM路徑相關(guān)材料
材料是 3D打印技術(shù)的關(guān)鍵所在，對(duì)于 FDM來(lái)說(shuō)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。
1、成型材料
成型材料是利用 FDM技術(shù)實(shí)現(xiàn) 3D打印的載體，對(duì)其粘度、熔融溫度、粘結(jié)性、收縮率等方面均有較高要求，具體如下表。
總結(jié)起來(lái)，F(xiàn)DM對(duì)成型材料的具體要求是熔融溫度低、粘度低、粘結(jié)性好、收縮率小。
根據(jù)上述特性，目前市場(chǎng)上主要的 FDM 成型材料包括 ABS、PC、PP、 PLA、合成橡膠等。
ABS材料。ABS是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，為五大合成樹(shù)脂之一，具有抗沖擊性、耐熱性、耐低溫性、耐化學(xué)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(diǎn)，容易涂裝、著色，還可以進(jìn)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(jī)械、汽車(chē)、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。
作為一種用途廣泛的合成樹(shù)脂，ABS價(jià)格主要影響因素為國(guó)際原油價(jià)格， 近期國(guó)際原油價(jià)格持續(xù)低迷，ABS價(jià)格也出現(xiàn)下跌，2015年以來(lái) ABS均價(jià)為 12451元/噸，較 2015年均價(jià)下跌 14%，我們預(yù)計(jì)短期內(nèi) ABS價(jià)格很難出現(xiàn) 上漲，從歷年的情況看，ABS均價(jià)在 15000元/噸左右。
PC材料。PC即聚碳酸酯，是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根據(jù)酯基的結(jié)構(gòu)可分為脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多種類(lèi)型，具有高彈性系數(shù)、高沖擊強(qiáng)度、使用溫度范圍廣、高度透明性及自由染色性、成形收縮率低、尺寸安定性良好、耐疲勞性佳、耐候性佳、電氣特性?xún)?yōu)、無(wú)味無(wú)臭對(duì)人體無(wú)害符合衛(wèi)生安全等特點(diǎn)，可用于光盤(pán)、汽車(chē)、辦公設(shè)備、箱體、包裝、醫(yī)藥、照明、薄膜等多個(gè)領(lǐng)域。
隨著產(chǎn)能的不斷擴(kuò)增，PC價(jià)格近年來(lái)總體上呈下跌趨勢(shì)，2015年以來(lái)， 由于下游需求的回暖，PC均價(jià)為 19250元/噸，較去年同期上漲 8%左右，從 近年來(lái)的情況看，2010年以來(lái) PC均價(jià)為 19650元/噸。
PP材料。PP即聚丙烯，是由丙烯聚合而制得的一種熱塑性樹(shù)脂，其無(wú)毒、無(wú)味，密度小，強(qiáng)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(shí)變脆，不耐 磨、易老化。適于制作一般機(jī)械零件、耐腐蝕零件和絕緣零件。常見(jiàn)的酸、堿 等有機(jī)溶劑對(duì)它幾乎不起作用，可用于食具。
2015年以來(lái)，在國(guó)際原油價(jià)格持續(xù)低迷背景下，PP失去成本支撐，價(jià)格 有所下滑，2015年以來(lái)均價(jià)為 10196元/噸，較 2014年均價(jià)下跌 14%，統(tǒng)計(jì) 顯示，2006年以來(lái) PP均價(jià)為 12120元/噸。
PLA材料。PLA即聚乳酸，其熱穩(wěn)定性好，有好的抗溶劑性，可用多種方式進(jìn)行加工，如擠壓、紡絲、雙軸拉伸，注射吹塑。由聚乳酸制成的產(chǎn)品除能生物降解外，生物相容性、光澤度、透明性、手感和耐熱性好，還具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性，因此用途十分廣泛，可用作包裝材料、纖維和非織造物等，目前主要用于服裝、工業(yè)和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。
目前我們可查的數(shù)據(jù)庫(kù)暫無(wú)聚乳酸價(jià)格，通過(guò)阿里巴巴查詢(xún)各廠(chǎng)家報(bào)價(jià)顯 示，目前 PLA均價(jià)在 21000元/噸左右，其價(jià)格高于 ABS、PC、PP等石化路 徑工程塑料，原因是聚乳酸原料來(lái)自于玉米等農(nóng)作物生物發(fā)酵，成本相對(duì)較高， 也因?yàn)槿绱耍洵h(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(xué)方法人工合成的橡膠稱(chēng)為合成橡膠，能夠有效彌補(bǔ)天然橡膠產(chǎn)量不足的問(wèn)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)、國(guó)防、交通及日常生活中。
合成橡膠價(jià)格主要受兩方面因素影響，一是國(guó)際原油價(jià)格走勢(shì)，二是天然 橡膠價(jià)格走勢(shì)，從總體上看合成橡膠價(jià)格受天然橡膠價(jià)格走勢(shì)驅(qū)動(dòng)，由于合成 橡膠技術(shù)較為成熟，價(jià)格較天然橡膠低，2015年以來(lái)合成橡膠之一的丁苯橡膠 均價(jià)為 9976元/噸，較 2014年下跌 18%，天然橡膠 2015年以來(lái)均價(jià)為 13330 元/噸，較 2014 年下跌 7%，可以看合成橡膠價(jià)格主要受兩方面因素影響，一是國(guó)際原油價(jià)格走勢(shì)，二是天然 橡膠價(jià)格走勢(shì)，從總體上看合成橡膠價(jià)格受天然橡膠價(jià)格走勢(shì)驅(qū)動(dòng)，由于合成 橡膠技術(shù)較為成熟，價(jià)格較天然橡膠低，2015年以來(lái)合成橡膠之一的丁苯橡膠 均價(jià)為 9976元/噸，較 2014年下跌 18%，天然橡膠 2015年以來(lái)均價(jià)為 13330 元/噸，較 2014 年下跌 7%，可以看到合成橡膠均價(jià)下跌幅度大于天然橡膠， 主要原因是油價(jià)的低迷。到合成橡膠均價(jià)下跌幅度大于天然橡膠， 主要原因是油價(jià)的低迷。
支撐材料，顧名思義是在 3D打印過(guò)程中對(duì)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(jìn)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。
總結(jié)起來(lái)，F(xiàn)DM對(duì)支撐材料的具體要求是能夠承受一定的高溫、與成型材料不浸潤(rùn)、具有水溶性或者酸溶性、具有較低的熔融溫度、流動(dòng)性要好等。
三、FDM的應(yīng)用
根據(jù)國(guó)際 3D打印巨頭，同時(shí)也是 FDM發(fā)明者的 Stratasys公司資料顯示， FDM應(yīng)用領(lǐng)域包括概念建模、功能性原型制作、制造加工、最終用途零件制造、 修整等方面，涉及汽車(chē)、醫(yī)療、建筑、娛樂(lè)、電子、教育等領(lǐng)域。
1、概念建模
概念建模的應(yīng)用主要涉及建筑模型、人體工程學(xué)研究、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)和設(shè)計(jì)方面。
建筑建模。計(jì)算機(jī)模擬在工程設(shè)計(jì)和建筑領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用了很長(zhǎng)一段時(shí)間。 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(shí)際空間中如何矗立，以及是否存在任何可以改正 的問(wèn)題。而 3D 打印結(jié)合了計(jì)算機(jī)模擬的精確性和等比例模型的真實(shí)性，能夠 有效降低設(shè)計(jì)成本和開(kāi)發(fā)時(shí)間，同時(shí)通過(guò)等比例的模型可以對(duì)建筑進(jìn)行改良， 增加安全性和合理性。
人體工程學(xué)設(shè)計(jì)。正確的人體工程學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)預(yù)防受傷以及加強(qiáng)工作效率必 不可少。3D 打印的模型允許在開(kāi)發(fā)流程期間就對(duì)人體工程學(xué)性能進(jìn)行精確地 測(cè)試。通過(guò) 3D 打印技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可以創(chuàng)作出逼真的模型，再現(xiàn)產(chǎn)品每個(gè)單 獨(dú)部件的物理特性。在多次測(cè)試周期期間可以對(duì)材料進(jìn)行修改，從而實(shí)現(xiàn)在將 產(chǎn)品全面投入生產(chǎn)前對(duì)其人體工程學(xué)方面進(jìn)行優(yōu)化。
市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)和設(shè)計(jì)。利用 FDM技術(shù)構(gòu)建的模型可以進(jìn)行打磨、上漆、甚至 鍍鉻，從而達(dá)到與新產(chǎn)品最終外觀一致的目的。FDM 使用生產(chǎn)級(jí)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。
2、功能性原型制作
在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期，可以利用 FDM技術(shù)快速獲得產(chǎn)品原型，而通過(guò) FDM技 術(shù)獲得的原型本身具有耐高溫、耐化學(xué)腐蝕等性能，能夠通過(guò)原型進(jìn)行各種性 能測(cè)試，以改進(jìn)最終的產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)，大大縮短了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的時(shí)間。
3、制造加工
由于 FDM 技術(shù)可以采用高性能的生產(chǎn)級(jí)別材料，可以在很短的時(shí)間內(nèi)制 造標(biāo)準(zhǔn)工具，并可進(jìn)行小批量生產(chǎn)，通過(guò)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(lái)創(chuàng)建原型，并在等待最終模具從車(chē)間發(fā)往各地的同時(shí)，即可將 新產(chǎn)品上市。
4、最終用途零件
FDM技術(shù)可制造業(yè)界最為耐用、穩(wěn)定、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(guò) 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(chǎng)自動(dòng)化的機(jī)會(huì)。
5、FDM應(yīng)用案例
豐田公司利用 FDM技術(shù)制作母模
豐田公司采用 FDM 工藝制作右側(cè)鏡支架和四個(gè)門(mén)把手的母模，通過(guò)快速 模具技術(shù)制作產(chǎn)品而取代傳統(tǒng)的 CNC制模方式，使得 2000 Avalon車(chē)型的制 造成本顯著降低，右側(cè)鏡支架模具成本降低 20 萬(wàn)美元，四個(gè)門(mén)把手模具成本 降低 30萬(wàn)美元。FDM工藝已經(jīng)為豐田公司在轎車(chē)制造方面節(jié)省了 200萬(wàn)美元。
美國(guó) Mizunos公司利用 FDM技術(shù)制造新產(chǎn)品母模
Mizuno是世界上最大的綜合性體育用品制造公司，公司計(jì)劃開(kāi)發(fā)一套新的 高爾夫球桿，通常需要 13個(gè)月的時(shí)間。FDM的應(yīng)用大大縮短了這個(gè)過(guò)程，設(shè) 計(jì)出的新高爾夫球頭用 FDM 制作后，可以迅速地得到反饋意見(jiàn)并進(jìn)行修改， 大大加快了造型階段的設(shè)計(jì)驗(yàn)證，一旦設(shè)計(jì)定型，F(xiàn)DM最后制造出的 ABS原 型就可以作為加工基準(zhǔn)在 CNC 機(jī)床上進(jìn)行鋼制母模的加工。新的高爾夫球桿 整個(gè)開(kāi)發(fā)周期在 7 個(gè)月內(nèi)就全部完成，縮短了 40%的時(shí)間。目前，F(xiàn)DM 快速 原型技術(shù)已成為Mizuno美國(guó)公司在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中起決定性作用的組成部分。
FDM技術(shù)在福特汽車(chē)公司中的應(yīng)用
福特公司常年需要部件的襯板，當(dāng)部件從一廠(chǎng)到另一廠(chǎng)的運(yùn)輸過(guò)程中，襯 板用于支撐、緩沖和防護(hù)。襯板的前表面根據(jù)部件的幾何形狀而改變。福特公 司一年間要采用一系列的襯板，一般地，每種襯板改型要花費(fèi)成千萬(wàn)美元和 12 周時(shí)間制作必需的模具。新襯板的注塑消失模被聯(lián)合公司選作生產(chǎn)部件后，部 件的蠟靠模采用 FDM制作，制作周期僅 3 天。其間，必須小心的檢驗(yàn)蠟靠模 的尺寸，測(cè)出模具收縮趨向。緊接著從鑄造石蠟?zāi)７?A2 鋼模，該處理過(guò)程 將花費(fèi)一周時(shí)間。模具接著車(chē)削外表面，劃上修改線(xiàn)和水平線(xiàn)以便機(jī)械加工。 該模具在模具后部設(shè)計(jì)成中空區(qū)，以減少用鋼量，中空區(qū)填入化學(xué)粘結(jié)瓷。僅 花 5周時(shí)間和一半的原來(lái)成本，而且制作的模具至少可生產(chǎn) 3萬(wàn)套襯板。采用 FDM工藝后，福特汽車(chē)公司大大縮短了運(yùn)輸部件襯板的制作周期，并顯著降低了制作成本。
四、FDM優(yōu)點(diǎn)及存在的問(wèn)題
與其他 3D打印技術(shù)路徑相比，F(xiàn)DM具有成本低、原料廣泛等優(yōu)點(diǎn)，同樣 存在成型精度低、支撐材料難以剝離等特點(diǎn)，下面做簡(jiǎn)要分析。
1、具有的優(yōu)點(diǎn)
成本低。FDM技術(shù)不采用激光器，設(shè)備運(yùn)營(yíng)維護(hù)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(jí) 3D 打印 機(jī)多采用 FDM技術(shù)路徑。
成型材料范圍較廣。通過(guò)上述分析我們知道，ABS、PLA、PC、PP 等熱 塑性材料均可作為 FDM 路徑的成型材料，這些都是常見(jiàn)的工程塑料，易于取 得，且成本較低。
環(huán)境污染較小。在整個(gè)過(guò)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(jìn)行，且不涉及高溫、高壓，沒(méi)有有毒有害物質(zhì)排放，因此 環(huán)境友好程度較高。
設(shè)備、材料體積較小。采用 FDM 路徑的 3D 打印機(jī)設(shè)備體積較小，而耗 材也是成卷的絲材，便于搬運(yùn)，適合于辦公室、家庭等環(huán)境。
原料利用率高。沒(méi)有使用或者使用過(guò)程中廢棄的成型材料和支撐材料可以進(jìn)行回收，加工再利用，能夠有效提高原料的利用效率。
后處理相對(duì)簡(jiǎn)單。目前采用的支撐材料多為水溶性材料，剝離較為簡(jiǎn)單，而其他技術(shù)路徑后處理往往還需要進(jìn)行固化處理，需要其他輔助設(shè)備，F(xiàn)DM則不需要。
2、存在的缺點(diǎn)
成型時(shí)間較長(zhǎng)。由于噴頭運(yùn)動(dòng)是機(jī)械運(yùn)動(dòng)，成型過(guò)程中速度受到一定的限制，因此一般成型時(shí)間較長(zhǎng)，不適于制造大型部件。
需要支撐材料。在成型過(guò)程中需要加入支撐材料，在打印完成后要進(jìn)行剝 離，對(duì)于一些復(fù)雜構(gòu)件來(lái)說(shuō)，剝離存在一定的困難。另外，隨著技術(shù)的進(jìn)步， 一些采用 3D 打印廠(chǎng)家已經(jīng)推出了不需要支撐材料的機(jī)型，該缺點(diǎn)正在被逐步 克服。
3、與其他 3D打印技術(shù)的對(duì)比
與 SLA、LOM、SLS 等成熟 3D 打印技術(shù)相比，F(xiàn)DM 具有自己的特點(diǎn)， 總體來(lái)說(shuō)，F(xiàn)DM技術(shù)適合于對(duì)精度要求不高的桌面級(jí) 3D打印機(jī)，易于推廣， 市場(chǎng)空間也較大。
五、結(jié)論及展望
由于在加工過(guò)程中不涉及激光技術(shù)，整體設(shè)備體積較小，耗材獲取較為容 易，打印成本也相對(duì)較低，因此 FDM技術(shù)路徑是面向個(gè)人的 3D打印機(jī)的首選 技術(shù)，通過(guò)采用 FDM技術(shù)的 3D打印機(jī)，設(shè)計(jì)人員可以在很短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)并 制作出產(chǎn)品原型，并通過(guò)實(shí)體對(duì)產(chǎn)品原型進(jìn)行改進(jìn)，與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)建模相比， 能夠真實(shí)的將實(shí)物展現(xiàn)在設(shè)計(jì)人員的面前。同時(shí) FDM 技術(shù)也可以在各種文娛 創(chuàng)意領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，能夠滿(mǎn)足人們對(duì)一些產(chǎn)品的個(gè)性化定制服務(wù)，隨著人民 生活水平的提高，這種需求將不斷增加。同時(shí)由于 FDM 技術(shù)專(zhuān)利已經(jīng)到期， 其大面積推廣已經(jīng)不存在障礙，因此我們預(yù)計(jì)采用FDM技術(shù)路徑的3D打印機(jī)， 特別是桌面級(jí) 3D打印機(jī)的市場(chǎng)空間將急劇增加。
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