3D打印加工實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)1 3d打印加工實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解fdm 3d打印工藝的成形原理；2.熟悉fdm 3d打印機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及操作方法；3.學(xué)習(xí)3d打印軟件的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.選擇適合打印的三維模型，利用fdm 3d打印機(jī)完成加工；2.測(cè)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(shí)驗(yàn)設(shè)備1.up 3d打印機(jī)2.去支撐用工具鉗、工具四、實(shí)驗(yàn)原理fdm（fused deposition 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(diǎn)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，在計(jì)算機(jī)的控制下，噴頭作x-y平面運(yùn)動(dòng)，將熔融的材料

2、涂覆在工作臺(tái)上，冷卻后形成工件的一層截面。一層成形后，噴頭上移一層高度，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(huì)快速凝固，根據(jù)材料的不同以及模型設(shè)計(jì)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，一般還需在噴頭溫度升溫后對(duì)打印平臺(tái)進(jìn)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(tái)上剝離，一般需在打印平臺(tái)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)的優(yōu)點(diǎn)是材料利用率高、材料成本低、可選材料種類多、工藝簡(jiǎn)潔。缺點(diǎn)是精

3、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(cè)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(shí)驗(yàn)步驟1.熟悉打印控制軟件的操作界面及主要功能模塊；2.熟悉up 3d打印機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及操作方法，通過usb數(shù)據(jù)線連接計(jì)算機(jī)和打印機(jī)，連接電源適配器給打印機(jī)供電，如圖6-2所示：圖6-2 打印機(jī)線路連接3.在控制軟件中選擇端口并連接打印機(jī)，將指導(dǎo)教師指定的標(biāo)準(zhǔn)零件模型、以及任選的個(gè)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(duì)導(dǎo)入模型執(zhí)行平移、縮放操作，隨后將模型對(duì)中，如圖6-3所示；圖6-3 模型導(dǎo)入及對(duì)中5.對(duì)模型執(zhí)行切片操作

4、，根據(jù)需要調(diào)整切片參數(shù)；6.點(diǎn)擊“運(yùn)行任務(wù)”按鈕，等打印機(jī)噴頭、底板溫度加熱到設(shè)置溫度后，打印機(jī)將開始打印，記錄打印開始時(shí)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(shí)間，模型打印完成后，待噴頭及打印平臺(tái)冷卻后，再取模型；9.從打印平臺(tái)上取出附著模型的打印底板(即是帶規(guī)則網(wǎng)點(diǎn)的塑料板。手握鏟刀（鏟刀首次使用需要開封)，將刀口放在模型與打印底板之間，用力慢慢鏟動(dòng)，來回撬松模型，如圖6-4所示；圖6-4 取出模型10.零件打印結(jié)束后，斷開打印機(jī)電源適配器，清潔打印噴頭及打印平臺(tái)，關(guān)閉計(jì)算機(jī)。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄模型數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)零件自選零件噴頭預(yù)熱時(shí)間（min）4.674.67平臺(tái)預(yù)熱

5、時(shí)間（min）3.173.17零件尺寸 (長寬 高，mm)15mm*15mm*11mm切層厚度(mm)0.18mm0.18mm切層數(shù)量6012填充路徑類型網(wǎng)格填充網(wǎng)格填充打印材料absabs打印時(shí)間(min)3.3512.65實(shí)際打印尺寸(長寬 高，mm)15mm*15mm*11.1mm尺寸精度(mm)長度方向it9寬度it9高度it9七、實(shí)驗(yàn)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(duì)零件的三維cad 實(shí)體模型，按照一定的厚度進(jìn)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，利用不同的方法生成截面的形狀。這一過程反復(fù)進(jìn)行，各截面層層疊加，最終形成三維實(shí)

6、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？答：3d打印fdm技術(shù)成形精度包括尺寸誤差、幾何誤差及表面粗糙度。在fdm的3d打印機(jī)成型過程中 ，影響它精度的因素有如下幾個(gè)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(dāng)材料凝固成形時(shí) ,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 

7、;,設(shè)定 x, y, z這 3個(gè)方向上的“ 收縮補(bǔ)償因子 ” 進(jìn)行尺寸補(bǔ)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、 絲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 ,也不可太高 ,使材料偏向于液態(tài) ,粘性系數(shù)變小 ,流動(dòng)性強(qiáng) ,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(dòng)狀態(tài)。成形室的溫度

8、會(huì)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,從噴嘴擠出的絲驟冷將使成形件熱應(yīng)力增加 ,易引起零件翹曲變形。實(shí)驗(yàn)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 2 。本實(shí)驗(yàn)將成形室溫度設(shè)定為 55 。(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 ,會(huì)在成形后的實(shí)體表面產(chǎn)生臺(tái)階的現(xiàn)象 ,將直接影響成形后實(shí)體的尺寸誤差和表面粗糙度。對(duì) fdm工藝

9、60;,這是一種原理性誤差 ,要完全消除臺(tái)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(tái)階效應(yīng)。(4) 補(bǔ)償量。是指零件實(shí)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。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(dāng)擠出速度增大到一定值擠出的絲粘附于噴嘴外圓錐面 ,就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&

10、#160;,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(huì)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(gè)合理的范圍內(nèi)匹配,應(yīng)滿足vj / vt = a1 , a2 (1式中: a1 為出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象的臨界值; a2 為出現(xiàn)粘附現(xiàn)象的臨界值; v為擠出速度; v 為填充速度。(6) 成形時(shí)間。每層的成形時(shí)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(jiǎn)單 ,填充速度快 ,則該層成形的時(shí)間就短相反 ,時(shí)間就長

11、。在加工時(shí) ,控制好每層的成形時(shí)間 ,才能獲得精度較高的成形件。(7) 開啟和關(guān)閉延時(shí)。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(huì)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(shí)地藕合跟蹤掃描速度 ,針對(duì)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(shí)間。(1)&