3D打印加工實驗

1、 實驗1 3D打印加工實驗 、實驗?zāi)康?1. 了解FDM 3D 打印工藝的成形原理； 2. 熟悉FDM 3D 打印機的機械結(jié)構(gòu)及操作方法； 3. 學(xué)習3D打印軟件的使用方法。 二、實驗內(nèi)容 1選擇適合打印的三維模型，利用FDM 3D打印機完成加工； 2. 測量打印件的尺寸精度； 3. 分析影響打印精度及打印效率的關(guān)鍵因素。 三、實驗設(shè)備 1. UP 3D打印機 2. 去支撐用工具鉗、工具 四、實驗原理 FDM ( Fused De position Modeling )中文全稱為熔融沉積成型3D打印技術(shù)，使用絲狀 材料(塑料、樹脂、低熔點金屬)為原料，利用電加熱方式將絲材加熱至略高于熔化溫度，

2、在 計算機的控制下，噴頭作x-平面運動，將熔融的材料涂覆在工作臺上，冷卻后形成工件的 一層截面。一層成形后，哼頭上移一層高度，隨后開始加工下一層，由此逐層堆積形成三維 工件，打印原理如圖6-1 所示。 圖6-1 FDM三維打印技術(shù)原理圖 在打印過程中，線材通過打印噴頭擠出的瞬間將會快速凝固，根據(jù)材料的不同以及模型 設(shè)計溫度的不同，打印頭的溫度也不盡相同。為了防止打印零件出現(xiàn)翹曲變形等問 題， 還需在噴頭溫度升溫后對打印平臺進行預(yù)熱處理，以此降低零件加工過程中的溫度梯度。為 便于零件加工完成后從打印平臺上剝離，般需在打印平臺上預(yù)先置放隔層，噴頭擠出的線 材直接在隔層上成形。 FDM 3D打印技術(shù)

3、的優(yōu)點是材料利用率高、材料成本低、可選材料種類多、工藝簡潔。 缺點是精度較低、復(fù)雜構(gòu)件不易制造、零件懸垂區(qū)域需加支撐、 表面質(zhì)量較差。該工藝適用 于產(chǎn)品的概念建模及功能測試，適合中等復(fù)雜程度的中小原型， 不適合制造大型零件。 五、實驗步驟 1熟悉打印控制軟件的操作界面及主要功能模塊; USB數(shù)據(jù)線連接計算機和打印機, 6-2所示: 2.熟悉UP 3D打印機的主要結(jié)構(gòu)及操作方法，通過 連接電源適配器給打印機供電，如圖 圖6-2打印機線路連接 3在控制軟件中選擇端口并連接打印機，將指導(dǎo)教師指定的標準零件模型、以及任選的 個性化模型導(dǎo)入控制軟件； 4選擇控制軟件中的位置”按鈕，對導(dǎo)入模型執(zhí)行平移、縮

4、放操作，隨后將模型對中, 如圖6-3所示； 圖6-3模型導(dǎo)入及對中 5對模型執(zhí)行切片操作，根據(jù)需要調(diào)整切片參數(shù)； 6點擊運行任務(wù)”按鈕，等打印機噴頭、底板溫度加熱到設(shè)置溫度后，打印機將開始打 印，記錄打印開始時間； 7.觀察打印過程，分析影響打印效率的關(guān)鍵因素; 8.記錄打印結(jié)束時間 待噴頭及扌 9.從打印平臺上取出 圖6-4所示; A 4 首次使用需要開封），將 印底板 與打印底板之間，用萬慢 舌，再取模型; 的塑料板。手握鏟刀（鏟刀 動，來回撬松模型，如 10.零件打印結(jié)束后 機電源適配器，清拮打印噴頭及 打印平臺，關(guān)閉計算機。 六、實驗數(shù)據(jù)記錄錄 標準零件 模型 噴頭預(yù)熱時間 (min)

5、 4. 67 4. 67 平臺預(yù)熱時間 (min) 3. 17 3. 17 零件尺寸 15mm*15mm*llmm （長？寬？高，mm） 切層厚度（mm） 0. 18mm 0. 18mm 切層數(shù)量 60 12 填充路徑類型 網(wǎng)格填充 網(wǎng)格填充 打印材料 ABS ABS 打印時間（min） 3.35 12. 65 實際打印尺寸 （長？寬？高，mm） IT9 尺寸精度（mm） 度方向 寬 度 IT9 高 度 IT9 七、實驗討論題 1. FDM三維打印技術(shù)的成形原理? 答：快速成型技術(shù)是對零件的三維CAD實體模型，按照一定的厚度進行分層切片處理, 生成二維的截面信息，然后根據(jù)每一層的截面信息, 利

6、用不同的方法生成截面的形狀。 這一 過程反復(fù)進行，各截面層層疊加，最終形成三維實體。分層的厚度可以相等，也可以不等。 分層越薄，生成的零件精度越高，采用不等厚度分層的目的在于加快成型速度。 2分析影響FDM 3D打印精度的關(guān)鍵因素? FDM的 答：3D打印FDM技術(shù)成形精度包括尺寸誤差、兒何誤差及表面粗糙度。在 3D打印機成型過程中，影響它精度的因素有如下兒個方面 (1)材料收縮。材料在FDM工藝過程中經(jīng)過固體2液體2固體2次相變。當材料凝固 成形時，由材料收縮而產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變將影響成形件精度。 若成形過程中的材料確定， 該種誤 差可通過在目前的數(shù)據(jù)處理軟件中 ，設(shè)定X, y，z這3個方向上的

7、收縮補償因子”進行尺寸 補償來消除。 (2)噴頭溫度和成形室溫度。 噴頭溫度決定了材料的粘結(jié)性能、 堆積性能、幺幺材流量以 及擠出絲寬度，既不可太低 ,使材料粘度加大，擠絲速度變慢，也不可太髙，使材料偏向于液 態(tài)，粘性系數(shù)變小，流動性強 ,擠出過快，無法形成可精確控制的絲。噴頭溫度的設(shè)定應(yīng)根據(jù)絲 材的性質(zhì)在一定范圍內(nèi)選擇 ，以保證擠出的絲呈熔融流動狀態(tài)。成形室的溫度會影響到成形 件的熱應(yīng)力大小，溫度過高 ,雖然有助于減少熱應(yīng)力，但零件表面易起皺；而溫度太低，從噴嘴 擠出的幺幺驟冷將使成形件熱應(yīng)力增加 ,易引起零件翹曲變形。實驗證明 ,為了順利成形，應(yīng)該 把成形室的溫度設(shè)定為比擠出絲的溫度低 1

8、 C2 Co本實驗將成形室溫度設(shè)定為 (3)分層厚度。是指在成形過程中每層切片截面的厚度。 由于每層有一定厚度 后的實體表面產(chǎn)生臺階的現(xiàn)象 ,將直接影響成形后實體的尺寸誤差和表面粗糙度。對 55 Co ,會在成 形 FDM 工藝，這是一種原理性誤差，要完全消除臺階是不可能的，只可能通過設(shè)定較小的分層厚度來 減少臺階效應(yīng)。 (4)補償量。是指零件實際加工輪廓線與理想輪廓線之間的距離值。該值的設(shè)定與擠出 絲的直徑有關(guān)，可以在分層切片數(shù)據(jù)處理軟件直接設(shè)定。 (5)擠出速度與填充速度及其交互作用o 在與填充速度合理匹配范圍內(nèi)，隨著擠出速度增 大，擠出絲的截面寬度逐漸增加，當擠出速度增大到一定值擠出的絲

9、粘附于噴嘴外圓錐面 不能正常加工填充速度比擠出速度快，則材料填充不足，出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，難以成形。相反，填充 速度比擠出速度慢，熔絲堆積在噴頭上，使成形面材料分布不均勻，表面會有疙瘩，影響造型 質(zhì)量。因此，填充速度與擠出速度之間應(yīng)在一個合理的范圍內(nèi)匹配應(yīng)滿足Vj / Vt二al, /a2 (1式中：al為出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象的臨界值；&2為出現(xiàn)粘附現(xiàn)象的臨界值速度。；v為擠出速度；v為填充 (6) 成形時間。每層的成形時間與填充速度該層的面積大小及形狀的復(fù)雜度有關(guān)。若層面積小，形狀簡單， 填充速度快，則該層成形的時間就短相反，時間就長。在加工時，控制好每 層的成形時間，才能獲得精度較高的成形件。 (7) 開啟和關(guān)閉延時。即絲材堆積的起停效應(yīng)，主要是以絲材堆積截面的變化體現(xiàn)出來 這種堆積截面的不一致容易造成絲材堆積平面的不平整出現(xiàn)空洞等質(zhì)量缺陷。而拉絲”現(xiàn) 象會影響到原型的表面光順和填充層層內(nèi)絲材堆積面的平整性它的根本解決需要出絲速度 能夠?qū)崟r地藕合跟蹤掃描速度，針對掃描速度的變化作出相應(yīng)的調(diào)整，以使絲材堆積平穩(wěn)可 靠，提高絲材的堆積質(zhì)量。 3.分析影響FDM 3D打印效率的關(guān)鍵因素？ 答：即打印方向、打印速度、退火溫度和退火時間。 (1) 產(chǎn)品最佳的