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(jí)： 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(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、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(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

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(jiǎn)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(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;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(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3所示；ESQ* !BF In圖3模型導(dǎo)入及對(duì)中5、對(duì)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(jí)：9131011404 姓名:馬驍哲學(xué)號(hào)：成績(jī)、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(zhǎng)？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(zhǎng)？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(duì)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(duì) 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(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(zhǎng)。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 .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，