3D打印加工实验

1、 实验1 3D打印加工实验 、实验目的 1. 了解FDM 3D 打印工艺的成形原理； 2. 熟悉FDM 3D 打印机的机械结构及操作方法； 3. 学习3D打印软件的使用方法。 二、实验内容 1选择适合打印的三维模型，利用FDM 3D打印机完成加工； 2. 测量打印件的尺寸精度； 3. 分析影响打印精度及打印效率的关键因素。 三、实验设备 1. UP 3D打印机 2. 去支撑用工具钳、工具 四、实验原理 FDM ( Fused De position Modeling )中文全称为熔融沉积成型3D打印技术，使用丝状 材料(塑料、树脂、低熔点金属)为原料，利用电加热方式将丝材加热至略高于熔化温度，

2、在 计算机的控制下，喷头作x-平面运动，将熔融的材料涂覆在工作台上，冷却后形成工件的 一层截面。一层成形后，哼头上移一层高度，随后开始加工下一层，由此逐层堆积形成三维 工件，打印原理如图6-1 所示。 图6-1 FDM三维打印技术原理图 在打印过程中，线材通过打印喷头挤出的瞬间将会快速凝固，根据材料的不同以及模型 设计温度的不同，打印头的温度也不尽相同。为了防止打印零件出现翘曲变形等问 题， 还需在喷头温度升温后对打印平台进行预热处理，以此降低零件加工过程中的温度梯度。为 便于零件加工完成后从打印平台上剥离，般需在打印平台上预先置放隔层，喷头挤出的线 材直接在隔层上成形。 FDM 3D打印技术

3、的优点是材料利用率高、材料成本低、可选材料种类多、工艺简洁。 缺点是精度较低、复杂构件不易制造、零件悬垂区域需加支撑、 表面质量较差。该工艺适用 于产品的概念建模及功能测试，适合中等复杂程度的中小原型， 不适合制造大型零件。 五、实验步骤 1熟悉打印控制软件的操作界面及主要功能模块; USB数据线连接计算机和打印机, 6-2所示: 2.熟悉UP 3D打印机的主要结构及操作方法，通过 连接电源适配器给打印机供电，如图 图6-2打印机线路连接 3在控制软件中选择端口并连接打印机，将指导教师指定的标准零件模型、以及任选的 个性化模型导入控制软件； 4选择控制软件中的位置”按钮，对导入模型执行平移、缩

4、放操作，随后将模型对中, 如图6-3所示； 图6-3模型导入及对中 5对模型执行切片操作，根据需要调整切片参数； 6点击运行任务”按钮，等打印机喷头、底板温度加热到设置温度后，打印机将开始打 印，记录打印开始时间； 7.观察打印过程，分析影响打印效率的关键因素; 8.记录打印结束时间 待喷头及扌 9.从打印平台上取出 图6-4所示; A 4 首次使用需要开封），将 印底板 与打印底板之间，用万慢 舌，再取模型; 的塑料板。手握铲刀（铲刀 动，来回撬松模型，如 10.零件打印结束后 机电源适配器，清拮打印喷头及 打印平台，关闭计算机。 六、实验数据记录录 标准零件 模型 喷头预热时间 (min)

5、 4. 67 4. 67 平台预热时间 (min) 3. 17 3. 17 零件尺寸 15mm*15mm*llmm （长？宽？高，mm） 切层厚度（mm） 0. 18mm 0. 18mm 切层数量 60 12 填充路径类型 网格填充 网格填充 打印材料 ABS ABS 打印时间（min） 3.35 12. 65 实际打印尺寸 （长？宽？高，mm） IT9 尺寸精度（mm） 度方向 宽 度 IT9 高 度 IT9 七、实验讨论题 1. FDM三维打印技术的成形原理? 答：快速成型技术是对零件的三维CAD实体模型，按照一定的厚度进行分层切片处理, 生成二维的截面信息，然后根据每一层的截面信息, 利

6、用不同的方法生成截面的形状。 这一 过程反复进行，各截面层层叠加，最终形成三维实体。分层的厚度可以相等，也可以不等。 分层越薄，生成的零件精度越高，采用不等厚度分层的目的在于加快成型速度。 2分析影响FDM 3D打印精度的关键因素? FDM的 答：3D打印FDM技术成形精度包括尺寸误差、儿何误差及表面粗糙度。在 3D打印机成型过程中，影响它精度的因素有如下儿个方面 (1)材料收缩。材料在FDM工艺过程中经过固体2液体2固体2次相变。当材料凝固 成形时，由材料收缩而产生的应力应变将影响成形件精度。 若成形过程中的材料确定， 该种误 差可通过在目前的数据处理软件中 ，设定X, y，z这3个方向上的

7、收缩补偿因子”进行尺寸 补偿来消除。 (2)喷头温度和成形室温度。 喷头温度决定了材料的粘结性能、 堆积性能、幺幺材流量以 及挤出丝宽度，既不可太低 ,使材料粘度加大，挤丝速度变慢，也不可太髙，使材料偏向于液 态，粘性系数变小，流动性强 ,挤出过快，无法形成可精确控制的丝。喷头温度的设定应根据丝 材的性质在一定范围内选择 ，以保证挤出的丝呈熔融流动状态。成形室的温度会影响到成形 件的热应力大小，温度过高 ,虽然有助于减少热应力，但零件表面易起皱；而温度太低，从喷嘴 挤出的幺幺骤冷将使成形件热应力增加 ,易引起零件翘曲变形。实验证明 ,为了顺利成形，应该 把成形室的温度设定为比挤出丝的温度低 1

8、 C2 Co本实验将成形室温度设定为 (3)分层厚度。是指在成形过程中每层切片截面的厚度。 由于每层有一定厚度 后的实体表面产生台阶的现象 ,将直接影响成形后实体的尺寸误差和表面粗糙度。对 55 Co ,会在成 形 FDM 工艺，这是一种原理性误差，要完全消除台阶是不可能的，只可能通过设定较小的分层厚度来 减少台阶效应。 (4)补偿量。是指零件实际加工轮廓线与理想轮廓线之间的距离值。该值的设定与挤出 丝的直径有关，可以在分层切片数据处理软件直接设定。 (5)挤出速度与填充速度及其交互作用o 在与填充速度合理匹配范围内，随着挤出速度增 大，挤出丝的截面宽度逐渐增加，当挤出速度增大到一定值挤出的丝

9、粘附于喷嘴外圆锥面 不能正常加工填充速度比挤出速度快，则材料填充不足，出现断丝现象，难以成形。相反，填充 速度比挤出速度慢，熔丝堆积在喷头上，使成形面材料分布不均匀，表面会有疙瘩，影响造型 质量。因此，填充速度与挤出速度之间应在一个合理的范围内匹配应满足Vj / Vt二al, /a2 (1式中：al为出现断丝现象的临界值；&2为出现粘附现象的临界值速度。；v为挤出速度；v为填充 (6) 成形时间。每层的成形时间与填充速度该层的面积大小及形状的复杂度有关。若层面积小，形状简单， 填充速度快，则该层成形的时间就短相反，时间就长。在加工时，控制好每 层的成形时间，才能获得精度较高的成形件。 (7) 开启和关闭延时。即丝材堆积的起停效应，主要是以丝材堆积截面的变化体现出来 这种堆积截面的不一致容易造成丝材堆积平面的不平整出现空洞等质量缺陷。而拉丝”现 象会影响到原型的表面光顺和填充层层内丝材堆积面的平整性它的根本解决需要出丝速度 能够实时地藕合跟踪扫描速度，针对扫描速度的变化作出相应的调整，以使丝材堆积平稳可 靠，提高丝材的堆积质量。 3.分析影响FDM 3D打印效率的关键因素？ 答：即打印方向、打印速度、退火温度和退火时间。 (1) 产品最佳的