FDM(熔融沉積制造)

熔融沉積快速成型工藝

熔融沉積快速成型〔FusedDepositionModeling，簡稱FDM〕是繼光固化快速成型和疊層實體快速成型工藝后的另一種應用比較廣泛的快速成型工藝。該工藝方法以美國Stratasys公司開發(fā)的FDM制造系統(tǒng)應用最為廣泛。該公司自1993年開發(fā)出第一臺FDM1650機型后，先后推出了FDM2000、FDM3000、FDM8000及1998年推出的引人注目的FDMQuantum機型，FDMQuantum機型的最大造型體積到達600mm×500mm×600mm。國內的清華大學與北京殷華公司也較早地進行了FDM工藝商品化系統(tǒng)的研制工作，并推出熔融擠壓制造設備MEM250等。整理課件一、熔融沉積工藝的根本原理熔融沉積又叫熔絲沉積，它是將絲狀的熱熔性材料加熱熔化，通過帶有一個微細噴嘴的噴頭擠噴出來。噴頭可沿著X軸方向移動，而工作臺那么沿Y軸方向移動。如果熱熔性材料的溫度始終稍高于固化溫度，而成型局部的溫度稍低于固化溫度，就能保證熱熔性材料擠噴出噴嘴后，隨即與前一層面熔結在一起。一個層面沉積完成后，工作臺按預定的增量下降一個層的厚度，再繼續(xù)熔噴沉積，直至完成整個實體造型。熔融沉積制造工藝的具體過程如下：整理課件將實芯絲材原材料纏繞在供料輥上，由電機驅動輥子旋轉，輥子和絲材之間的摩擦力使絲材向噴頭的出口送進。在供料輥與噴頭之間有一導向套，導向套采用低摩擦材料制成，以便絲材能順利、準確地由供料輥送到噴頭的內腔〔最大送料速度為10～25mm/s，推薦速度為5～18mm/s〕。噴頭的前端有電阻絲式加熱器，在其作用下，絲材被加熱熔融〔熔模鑄造蠟絲的熔融溫度為74℃，機加工蠟絲的熔融溫度為96℃，聚烯烴樹脂絲為106℃，聚酰胺絲為155℃，ABS塑料絲為270℃〕，然后通過出口〔內徑為0.25～1.32mm，隨材料的種類和送料速度而定〕，涂覆至工作臺上，并在冷卻后形成界面輪廓。由于受結構的限制，加熱器的功率不可能太大，因此，絲材一般為熔點不太高的熱塑性塑料或蠟。絲材熔融沉積的層厚隨噴頭的運動速度〔最高速度為380mm/s〕而變化，通常最大層厚為0.15～0.25mm。熔融沉積快速成型工藝在原型制作時需要同時制作支撐，為了節(jié)省材料本錢和提高沉積效率，新型FDM設備采用了雙噴頭。整理課件一個噴頭用于沉積模型材料，一個噴頭用于沉積支撐材料。一般來說，模型材料絲精細而且本錢較高，沉積的效率也較低。而支撐材料絲較粗且本錢較低，沉積的效率也較高。雙噴頭的優(yōu)點除了沉積過程中具有較高的沉積效率和降低模型制作本錢以外，還可以靈活地選擇具有特殊性能的支撐材料，以便于后處理過程中支撐材料的去除，如水溶材料、低于模型材料熔點的熱熔材料等。整理課件系統(tǒng)構造原理和操作簡單，維護本錢低，系統(tǒng)運行平安。優(yōu)點二、熔融沉積工藝的特點

可以使用無毒的原材料，設備系統(tǒng)可在辦公環(huán)境中安裝使用。

用蠟成形的零件原型，可以直接用于失蠟鑄造。

可以成型任意復雜程度的零件，常用于成型具有很復雜的內腔、孔等零件。

原材料在成型過程中無化學變化，制件的翹曲變形小。

原材料利用率高，且材料壽命長。

支撐去除簡單，無需化學清洗，別離容易。成型件的外表有較明顯的條紋。缺點沿成型軸垂直方向的強度比較弱。

需要設計與制作支撐結構。

需要對整個截面進行掃描涂覆，成型時間較長。

原材料價格昂貴。整理課件整理課件整理課件三、熔融沉積工藝成形過程影響因素分析

材料性能的影響

噴頭溫度和成形室溫度的影響

擠出速度的影響

填充速度與擠出速度交互的影響

分層厚度的影響

成形時間的影響

掃描方式的影響

整理課件四、熔融沉積快速成型技術的應用

FDM快速成型技術已被廣泛應用于汽車、機械、航空航天、家電、通訊、電子、建筑、醫(yī)學、玩具等產品的設計開發(fā)過程，如產品外觀評估、方案選擇、裝配檢查、功能測試、用戶看樣訂貨、塑料件開模前校驗設計以及少量產品制造等，也應用于政府、大學及研究所等機構。用傳統(tǒng)方法須幾個星期、幾個月才能制造的復雜產品原型，用FDM成型法無需任何刀具和模具，瞬間便可完成。

豐田公司采用FDM工藝制作右側鏡支架和四個門把手的母模，通過快速模具技術制作產品而取代傳統(tǒng)的CNC制模方式，使得2000Avalon車型的制造本錢顯著降低，右側鏡支架模具本錢降低20萬美元，四個門把手模具本錢降低30萬美元。FDM工藝已經為豐田公司在轎車制造方面節(jié)省了200萬美元。〔1〕FDM在日本豐田公司的應用整理課件從事模型制造的美國RapidModels&Prototypes公司采用FDM工藝為生產廠商LaramieToys制作了玩具水槍模型，如下圖。借助FDM工藝制作該玩具水槍模型，通過將多個零件一體制作，減少了傳統(tǒng)制作方式制作模型的部件數量，防止了焊接與螺紋連接等組裝環(huán)節(jié)，顯著提高了模型制作的效率?！?〕FDM在美國快速原型制造公司的應用

采用FDM工藝制作玩具水槍整理課件Mizuno是世界上最大的綜合性體育用品制造公司。1997年1月，Mizuno美國公司開發(fā)一套新的高爾夫球桿，通常需要13個月的時間。FDM的應用大大縮短了這個過程，設計出的新高爾夫球頭用FDM制作后，可以迅速地得到反響意見并進行修改，大大加快了造型階段的設計驗證，一旦設計定型，FDM最后制造出的ABS原型就可以作為加工基準在CNC機床上進行鋼制母模的加工。新的高爾夫球桿整個開發(fā)周期在7個月內就全部完成，縮短了40%的時間。目前，FDM快速原型技術已成為Mizuno美國公司在產品開發(fā)過程中起決定性作用的組成局部?！?〕FDM在Mizunos公司的應用整理課件福特公司常年需要部件的襯板，當部件從一廠到另一廠的運輸過程中，襯板用于支撐、緩沖和防護。襯板的前外表根據部件的幾何形狀而改變。福特公司一年間要采用一系列的襯板，一般地，每種襯板改型要花費成千萬美元和12周時間制作必需的模具。新襯板的注塑消失模被聯(lián)合公司選作生產部件后，部件的蠟靠模采用FDM制作，制作周期僅3天。其間，必須小心的檢驗蠟靠模的尺寸，測出模具收縮趨向。緊接著從鑄造石蠟模翻出A2鋼模，該處理過程將花費一周時間。模具接著車削外外表，劃上修改線和水平線以便機械加工。該模具在模具后部設計成中空區(qū)，以減少用鋼量，中空區(qū)填入化學粘結瓷。僅花5周時間和一半的原來本錢，而且制作的模具至少可生產30000套襯板。采用FDM工藝后，福特汽車公司大大縮短了運輸部件襯板的制作周期，并顯著降低了制作本錢?！?〕FDM在福特公司的應用整理課件韓國現代汽車公司采用了美國Stratasys公司的FDM快速原型系統(tǒng)，用于檢驗設計、空氣動力評估和功能測試。FDM系統(tǒng)在啟亞的Spectra車型設計上得到了成功的應用，現代汽車公司自動技術部的首席工程師TaeSunByun說：空間的精確和穩(wěn)定對設計檢驗來說是至關重要的，采用ABS工程塑料的FDMMaxum系統(tǒng)滿足了兩者的要求，在1382mm的長度上，其最大誤差只有0.75mm?，F代公司方案再安裝第二套RP快速原型系統(tǒng)，并仍將選擇FDMMaxum，TaeSunByun說：“該系統(tǒng)完美地符合我們的設計要求，并能在30個月內收回本錢。〞〔5〕FDM在韓國現代公司的應用

現代汽車公司采用FDM工藝制作的某車型的儀表盤整理課件實際上，FDM工藝的應用除了上述提及的在汽車領域的應用外，在其他領域的應用也是十分廣泛的，以下圖給出了采用FDM工藝制作的多種原型。整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理