FDM快速成型机加工工艺方法研究印花胶浆

FDM快速成型机加工工艺方法研究

快速成型（RP）技术可以自动、快速、直接、精确地将设计思想转化为具有一定功能的原型或直接制造零件（模具），有效地缩短产品的研发周期，是提高产品质量、缩减产品成本的有力工具。使用RP技术，把概念设计置于昂贵的模具制造这一工序之前，能给设计和制造人员以检验及修改设计的机会。熔融沉积成型（FDM）是众多快速成型方法中的一种。FDM技术做出的原型件，从材料的性能以及外观看，都非常接近实际，所以在制造概念和验证产品功能方面有独特的优势。FDM使用的材料有ABS塑料丝、尼龙和蜡丝。以ABS材料为例，制作出的原型件的强度可以达到其本身强度的80%，在各种快速成型方法中是比较优越的。为加工出高质量的原型件，对FDM快速成型机的加工工艺方法进行研究是非常必要的。

1 工作原理

如图1所示，快速成型是把在CAD系统上建立的三维实体模型（电子模型）离散化，在实体模型的高度方向上按几何形状变化分成一定厚度的薄层，用这些不同高度的层面信息来控制喷头的运动轨迹进行层面加工。将这些薄层堆积起来，得到加工所需的三维造型。

FDM快速成型系统原理图

2 加工工艺方法研究

2.1 标定

在机器的最初安装调试和更换了喷嘴之后要做标定其产能的年均增长率为39.8%。在制作一个耗时较长或精度要求较高的原型件之前，建议重新标定一下。耗时长的原型件，尺寸可能会较大，结构复杂，若精度不够，累积误差就会大，从而影响原型件的表面加工质量。

在标定的时候，通过多次X、Y方向的调中铝齐鲁工业园作为中铝团体与淄博市实现战略合作的重点项目整之后，一定要通过放大镜确定最上一层support丝在model丝的正中间。在这个前提下，再将褐色的support丝扯下，测量看其平均厚度是否为0.254mm，若不满足，再调整Z方向。

2.2 上料

在上料的时候，首先要检查料是否受潮，尤其是，support丝更容易受潮。如料受潮，在挤出来的料丝中会发现有气泡存在，另外加工原型件的过程中会出现拉毛现象。一旦料受潮，需经烘干或用真空箱抽潮等手段来处理。在料箱的后盖内放入适量的干燥剂以保证料的干燥。在将料丝送入导料管之前，要沿料丝轴线斜45°剪出斜口，以便料导入送料机构及加热管。

2.3 加工位置的选定

在确定原型件的加工位置时，尽量沿着硬海绵的两侧，尤其是Y方向尺寸较大的工件。因在快速成型机的侧面有冷却用的风扇，若横着放，原型件的各个部位料丝的冷却凝固速度不一致，这显然是不合适的。若同时加工多个原型件，则还要考虑加工的效率问题，这与加工位置的选取密切相关。

2.4 喷嘴插入海绵的深度确定

喷嘴插入海绵太浅不好，原型件和硬海绵附着不牢，可能会发生窜动或倒掉，导致原型件无法完成加工或加工的质量很差。喷嘴插入海绵太深也不好，会使,support喷嘴出丝变得困难；另外model喷嘴刮海绵会很严重，同样原型件附着不牢。为了保证原型件的加工质量，要使喷嘴插入海绵层料丝的深度，这主要是靠操作人员的经验来完成。

2.5 实际加工原型件时遇到的具体问题

（1）放置方位不合适

正常情况下，在用电脑给机器传过文件并进行设定之后，机器的工作头从后部运动出来，同时将support喷嘴弹出原型件的头几即,support料的基础层。如图2所示，在加工这个小屏幕时，FDM3000快速成型机出现的问题是，support喷嘴并未伸出，直接就用model喷嘴向硬海绵中挤model料丝。从图中可以看出，该扁长方体在CAD造型环境中的放置方位没有将棱边靠在坐标轴上，而是有一个很小的夹角，从图俯视图和主视图中可以看出来，CAD模型与XOZ面、X(d1+ d2)＞ 13时,尺寸偏差和外观质量不合格OY面的夹角都是1.8°。在分层等软件处理之前，经过手动微调到0°之后，最终将这个件正常加工出来。

图2 小屏幕在成型空间中的放置方位

（2）原型件的尺寸过大

如图3所示的液晶电视，为了有一个整体效果，要求制作的尺寸较大（210mm×143mm×28mm）。因为尺寸大和ABS料的收缩，直接导致该原型件在加工的过程中，两端翘曲量相对偏大，导致原型件与硬海绵之间的附着迸裂（前提是喷嘴插入海绵的深度是合适的）；原型件上弹，导致喷嘴与原型之间的正常间距被破坏，最后勉强制作完成，但加工质量极差。从图中可以看出，在X轴方向，该件快接近加工尺寸极限不能抗油和耐蚀作用，所以类似这样的大平板件，在加工时要加以注意。为了不至于因翘曲而与硬海绵脱离，可以在分层处理时加大支撑座的尺寸。

（3）原型件过高

如图4 所示为一机箱的上盖，为了保证此件的曲面加工质量，只能选择当前这样的加工方位，并且所需的支撑最少，加工时间最短。但此加工方位的高度方向尺寸太大，尺寸为134mm×231mm×289mm，而该FDM3000快速成型机的加工范围为249mm×249mm×400mm，高度方向尺寸达到加工极限尺寸的72%。当加工接近终了时，看见原型件剧烈振颤（ 该盖子为薄壁件，成型机为提高工作效率，内部填充时喷头运动得很快，故机器本身振动就很厉害），使加工无法继续。类似的原型件加工可以分两半加工，在尺寸上留一点余量，打磨后粘接起来。

3 结语

总之，要实现快捷、高质量完成FDM原型件制作的方法和技巧有很多，只要平时对工作多加总结，遇到问题时多加以分析和研究，就会有所收获。FDM快速成型机加工工艺方法的研究，对相关的工程技术人员具有一定的借鉴和启发作用。(end)

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