机械制造基础实验3D打印

1、快速成形加工实验班级： 9131011404 姓名:马骁哲 学号： 一、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、HOFI-X1 FDM 3D 打印机2、去支撑用工具钳、工具四、实验原理FDM （Fused Deposition 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

2、 加热方式将丝材加热至略高于熔化温度， 在计算机的控制下， 喷头作 x-y 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 编辑版 word层截面。一层成形后，喷头上移一层高度，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 1所示图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， 一般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，一般需在打印平台上预先置 放隔层

3、，喷头挤出的线材直接在隔层上成形。FDM 3D打印技术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;编辑版word2、熟悉H0FI-X1 FDM 3D打印机的主要结构及操作方法，通过USB数据线连接计算机和打印机，连接电源适配器给打印机供电，如图2所示：图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

4、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 放操作，随后将模型对中，如图3所示；ESQ* !BF In图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；&记录打印结束时间，模型打印完成后，待喷头及打印平台冷 却后，再取模型；9、从打印平台上取出附着模型的打印底板（即是带规则网点的塑 料板。手握铲刀（铲刀首次使用需要开封 ），将刀口放在模型与打印 底板之间，用力慢慢铲动，来回撬松模型，如图 4所示；图4

5、取出模型10、零件打印结束后，断开打印机电源适配器，清洁打印喷头及 打印平台，关闭计算机。快速成型实验报告班级：9131011404 姓名:马骁哲学号：成绩、实验数据记录、模型数据、标准零件自选零件喷头预热时间（min）4.674.67平台预热时间（min）3.173.17零件尺寸（长？宽？高，mm）15mm*15mm*11mm切层厚度（mm）0.18mm0.18mm切层数量6012填充路径类型网格填充网格填充打印材料ABSABS打印时间（min）3.3512.65实际打印尺寸（长？宽？高，mm）15mm*15mm*11.1mm1、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

6、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？答：3D打印FDM技术成形精度包括尺寸误差、几何误差及表面粗糙 度。在FDM的3D打印机成型过程中，影响它精度的因素有如下几 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

7、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“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、 丝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 ,也不可太高 ,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 ,从喷嘴挤出的丝

8、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1C2 C。本实验将成形室温度设定为55 C。(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 ,会在成形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 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

9、与填充速度及其交互作用。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粘附于喷嘴外圆锥面 ,就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 = al , a2 (1式中：al为出现 断丝现象的临界值；a2为出现粘附现象的临界值；v为挤出速度；v为 填充速度。(6) 成形时间。每层的成形时间与填充速度该层的

10、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 .产品最佳的打印方向是水平放置的，同时水平放置能够使得最后的 打印产品抗拉力更强。2在打印速度方面，