FDM 3D打印机全解析:构造、工作原理与选购指南(含PDF)
这里是The Mechanical Post!今天带你了解:什么是3D打印?有哪些类型?优劣势对比等核心知识。文末可下载3D打印PDF。
什么是3D打印?
3D打印是增材制造工艺:先在CAD软件建模,再送入3D打印机逐层堆叠丝材形成三维实体。顾名思义"增材",即层层叠加成型。
3D打印发明者
1983年Chuck Hull发明SLA光固化技术;Scott Crump(Stratasys创始人)发明FDM熔融沉积建模技术。
3D打印技术类型
- 熔融沉积建模 (FDM)
- 光固化成型 (SLA)
- 掩膜光固化 (MSLA)
- 选择性激光烧结 (SLS)
- 数字光处理 (DLP)
- 多喷头融合 (MJF)
- 直接金属激光烧结 (DMLS)
- 电子束熔化 (EBM)
- 层积物体制造 (LOM)
本文重点深度解析最普及的FDM熔融沉积建模。
什么是FDM 3D打印?
FDM/FFF(熔丝制造)通过加热喷头挤出热塑性丝材,自底向上逐层堆积。丝材冷却固化即得3D打印件。
FDM 3D打印机核心部件
- 丝材线轴
- 带加热元件的挤出机
- 送丝机构
- 步进电机驱动机构
- 成型平台
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| 图源:Lemio, GFDL, via Wikimedia Commons |
丝材线轴
热塑性圆截面线材,多色可选。
挤出机与加热元件
软化丝材并经喷嘴挤出。
送丝机构
持续向挤出机供料。
步进电机机构
控制喷头与平台XYZ三向运动。
成型平台
打印件成型基准面。
FDM打印工作流程
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| 图源:Paolo Cignoni, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons |
- CAD软件建模设计
- 导出.STL格式文件
- 导入切片软件(如Cura)设置层高、喷头温度等参数
- 存SD卡插入打印机或USB直连
- 选中文件设定参数
- 送丝机构送料至挤出机加热至设定温度
- 喷头逐层挤出,步进电机控制喷头/平台运动
常用3D打印材料
- 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯 (ABS)
- 聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)
- 聚碳酸酯
- 尼龙
- 碳纤维
- 光敏树脂等
延伸阅读
磨料射流加工(AJM)?电火花加工(EDM)?挤出工艺详解?CNC机床及类型?
3D打印应用领域
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| 3D打印汽轮机模型 | 图源:CMitchell, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons |
- 汽车行业:原型验证到备件直制
- 鞋业:Adidas、Nike等量产鞋品
- 眼镜定制化打印
- 医疗:植入体、牙冠义齿、机械义肢
- 教育:教学模型直观化
- 快速原型验证
3D打印优势
- 高柔性
- 复杂结构易制造
- 材料浪费少
- 件件一致性好
- 生产节拍快
- 设计变更敏捷
3D打印劣势
- 能耗高
- 设备昂贵、初始投资大
- 可打印材料种类受限
- 打印过程有毒排放
- 表面处理选项有限
选购FDM 3D打印机建议
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结语
3D打印有潜力重塑制造业,多赛道前景广阔,或成未来主流制造技术。当前成本较高为主要制约,随技术迭代普及将逐步破解。以上为3D打印全景扫描。喜欢The Mechanical Post? 评论区互动,分享给机械工程师同行。持续学习,关注The Mechanical Post!
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