用于制造的熔融沉积建模 (FDM) 设计指南

此图解清单将帮助团队了解使用熔融沉积建模 (FDM) 进行可制造性设计 (DFM) 的基础知识。

简介

什么是 FDM？

熔融沉积成型 (FDM) 是最常见的增材制造形式之一，也是大多数人听到“3D 打印”时的想法。

用于制造指南的熔融沉积建模设计 FDM 是如何工作的？在此过程中，FDM 机器通过喷嘴挤出加热的热塑性长丝，一次将组件构建为一个水平层。该过程的一个显着优势是与传统技术相比，机器生产零件的速度有多快。鉴于周转期可短至 24 小时，FDM 是创建经济实惠的快速原型甚至某些功能部件的有用流程。

FDM 打印的便利性和 FDM 材料的可访问性导致该技术在专业和业余用户中广受欢迎，他们可以使用该技术创造从玩具到食品再到电子外壳的所有东西。 FDM 的工艺创新仍在进行中，现在的新功能包括非平面打印、复合打印和多材料打印。

无论制造技术如何，针对可制造性进行设计对所有设计师和产品团队都很重要。零件设计不仅需要满足原型或最终零件的预期功能和材料要求，还需要考虑制造过程本身。

本指南包括五个技巧，可确保您的 FDM 打印部件具有高质量和高效生产。在提交制造之前对照此列表仔细检查您的设计有助于改进您的零件、节省时间和资源并加快生产时间。

1。您的设计是否考虑了各向异性行为？

由于 FDM 打印机一次挤出一层热塑性材料线的方式，该过程本质上是各向异性的，这意味着零件的整体机械性能沿不同方向变化。这是因为层间的结合强度不同于平面内的强度。 FDM 打印部件在平行于打印头路径（X-Y 或切片平面内）的路径上提供最高的拉伸强度。层间的结合强度会影响Z方向的抗拉强度，通常会小于X-Y平面内的抗拉强度。

不建议将 FDM 用于生产关键机械部件，因为如果长时间处于高应力下，热塑性塑料容易发生材料蠕变。可以修改零件的构建方向和几何形状以解决或减轻这种情况。同样，将倒角和圆角边缘整合到您的零件和工具中将提高它们的使用寿命并减少应力集中。

2。您的容忍预期是否合理？

产品团队应该知道，FDM 流程无法实现极其严格的公差。

大多数工业 FDM 机器可以提供 ±0.15%（下限 ±0.2mm）的尺寸精度，桌面打印机可以实现 ±0.5%（下限 ±0.5mm）的公差。然而，由于 FDM 涉及大量热量，几何形状等其他因素会在打印件冷却时影响打印件的精度。如果零件需要比 FDM 打印机直接实现的精度更高的关键表面或高公差孔，请考虑后处理操作或添加衬套和螺纹嵌件等组件。通常，可以通过进一步的后处理来减少 FDM 容差问题。

在文本大小方面，平面内文本的最小建议大小为 6 毫米粗体，但实际值会因打印机而异。垂直墙上的文字可以小到 3.5 毫米粗体。

如果您的零件包含细小间隙，则它们应保持至少 5 毫米的宽度，以保证支撑材料可以轻松去除。定向零件构建，使间隙垂直于 X-Y 平面有助于确保保持良好的表面光洁度。

3。您是否考虑过壁厚、孔尺寸和悬垂度？

您零件的最佳壁厚将取决于灯丝的尺寸。通常，两倍于灯丝厚度或更薄的特征打印效果不佳。对于墙壁，四倍的细丝厚度就足够了。

封闭的平面内轮廓倾向于使用 FDM 很好地打印，因为封闭的循环允许快速和无缝的打印。这方面的例子包括花瓶、杯子和管子，而不是具有不连续侧面和尖锐特征的复杂部件。虽然没有必要获得一个好的零件，但考虑到这一点进行设计有助于确保 FDM 打印成功。

通过 FDM 打印创建的孔的直径应不小于 1 毫米，以确保特征解析良好。与间隙一样，将孔定向为垂直于 X-Y 平面打印可以提高特征质量。在后处理过程中钻孔或铰孔是另一种确保精度的方法。

由于 FDM 逐层构建零件，如果零件中的悬垂足够大，将没有足够的支撑将新材料从构建板上固定下来。这种材料必须在打印软件中使用牺牲支撑几何形状进行支撑，或者必须修改零件以消除悬垂。

4。你的设计可能会变形吗？

在冷却过程中，当工件的不同部分以不同的速度凝固和收缩时，就会发生翘曲，从而产生内部应力，以不均匀的方式拉动材料。虽然翘曲并不是所有 FDM 打印部件的问题，但某些设计特征（如垂直壁、薄截面或高纵横比的特征）可能会增加部件在冷却过程中发生翘曲的可能性。

可以通过以下方式避免翘曲：

• 在垂直墙上添加肋骨
• 为尖角添加圆角
• 为薄的或突出的特征边缘添加额外的支撑
• 避免使用高纵横比（长宽比/厚度比）的零件

5。您是否考虑过分割零件以解决开箱即用的问题？

切片只是意味着将零件的 CAD 文件分成小的、单独打印的组件。切片可以构建和组装对于打印机的构建体积来说太大的部件或减少对支撑结构的需求。单独打印易碎特征还可以让您使用更适合的构建方向，从而生产出更坚固、更优质的零件。不过，分割零件需要一些专业知识和小心谨慎，因为任何时候都需要将零件切割成碎片。

DFM 专家入门

FDM 可以成为生产热塑性塑料原型和零件的一种非常有效且经济实惠的方法。由于交货时间短、打印技术的可用性以及广泛的材料兼容性，因此爱好者和专业人士都希望利用 FDM 的优势。

当您与 Fast Radius 等经验丰富的制造商合作时，您可以确保将考虑到这些因素中的每一个以及更多因素。我们的工程师和产品经理团队利用尖端的数字设计技术和数十年的经验来确保我们生产的每一个零件都是最适合这项工作的零件。不仅如此，我们的团队在从设计到实现的每一步都与客户密切合作，以确保每个部件都针对最终用途和可制造性进行了优化。

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