機(jī)械制造基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)3D打印

1、快速成形加工實(shí)驗(yàn)班級： 9131011404 姓名:馬驍哲 學(xué)號(hào)： 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、HOFI-X1 FDM 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

2、 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)，將熔融的材料涂覆在工作臺(tái)上，冷卻后形成工件的一 編輯版 word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 1所示圖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

3、，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、工藝簡潔。缺點(diǎn)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(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;編輯版word2、熟悉H0FI-X1 FDM 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2所示：圖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)

4、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 放操作，隨后將模型對中，如圖3所示；ESQ* !BF In圖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(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；&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 4所示；圖4

5、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)?？焖俪尚蛯?shí)驗(yàn)報(bào)告班級：9131011404 姓名:馬驍哲學(xué)號(hào)：成績、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*11.1mm1、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

6、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)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

7、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(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

8、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1C2 C。本實(shí)驗(yàn)將成形室溫度設(shè)定為55 C。(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 FDM 工藝 ,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

9、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 , 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 = al , a2 (1式中：al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

10、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(shí)間就短相反，時(shí)間就長。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 .產(chǎn)品最佳的打印方向是水平放置的，同時(shí)水平放置能夠使得最后的 打印產(chǎn)品抗拉力更強(qiáng)。2在打印速度方面，