1.5 FDM成形设备《增材制造技术》教学课件

3D打印认知与实践1.5熔融沉积成形（FDM）成形设备FDM成形设备1.FDM系统组成FDM系统组成送丝系统加热系统运动系统挤出系统FDM成形设备1.FDM系统组成（1）送丝系统

送丝机构的不仅仅是将丝材平稳、可靠地输送到挤出系统，它主要功能是为挤出提供推力，控制挤出速度。送丝机构一般由由两台直流电动机带动相关轮齿构成，示意图及实物图如图6所示。通过控制齿轮的正反转、停止及旋转速度，可以控制喷头进料、出料，出丝速度。(图片来源于创想三维）FDM成形设备1.FDM系统组成（2）加热系统

FDM设备一般拥有两套加热系统，一套设置在喷嘴前端，用于将热熔性材料快速加热到熔融状态。由于热熔性材料的加热温度在200度左右，因此一般采用电阻加热方法，如图7所示；FDM设备的另一套加热装置为基板加热或整个成形环境加热，加热温度一般为30-60度，主要作用是减少零件变形，避免翘曲、开裂等缺陷。(图片来源于创想三维）FDM成形设备1.FDM系统组成（3）挤出系统

主要为喷嘴。FDM成形的原材料一般为直径1~2mm的塑料丝材，在成形过程中一般单层厚度在0.16左右，所以需要将熔熔的材料加热到200度后从直径为0.2~0.5mm喷嘴挤出。挤出系统的示意图及实物图(图片来源于创想三维）FDM成形设备1.FDM系统组成（4）运动系统

FDM成形三维实体的过程是首先成形X/Y平面薄片，然后通过喷头或基板在Z方向的移动进行下一个X/Y平面薄片成形。因此，运动机构包括X，Y，Z三个轴的运动。不同FDM成形设备实现X、Y、Z三个方向运动的方式有所不同，桌面级一般采用基板进行X、Y平面运动，喷嘴进行Z方向运动，示意图及实物图如图7所示。目前FDM设备一般采用步进电机控制，结构简单、调试方便、工作可靠、成本低是其主要特点。(图片来源于创想三维）FDM成形设备2.FDM典形设备（1）3D打印笔

FDM典形设备包括3D打印笔、桌面级3D打印机以及工业级3D打印机三种，是目前应用最为广泛的3D打印技术。

3D打印笔让人立马联想到神笔马良似乎有那么一点儿接近。这是一支可以在空气中书写的笔，帮你把想象力从纸张上解放出来，是目前最为简单和廉价的3D打印工具。

桌面级fdm价格一般在1000-3000元左右，成形零件尺寸在250*250*300mm左右，能够满足普通人DIY和学生学习的基本需求，是一般学校教学、个人研究的主要设备。下面介绍的产品为创想三维的Ender-3。FDM成形设备2.FDM典形设备（2）桌面级fdm打印机

与桌面级FDM设备不同，工业级的FDM设备可以将3D打印技术与生产级热塑性塑料结合，快速成形具有较高尺寸精度和可重复性的高强度、耐用、尺寸稳定的部件，用于航天、医疗、汽车、电子和其他的专业应用。FDM打印机使用最常用的热塑性塑料制造零件，如ABS、聚碳酸酯、各种共混物，以及的工程热塑性塑料。FDM成形设备2.FDM典形设备（3）工业级fdm打印机名称范围构建尺寸406x355x406毫米

双喷头成形速度

系统尺寸/1270x901.7x1984毫米重量601kg零件精确度生产部件精确度在以下范围内：±0.127毫米或±0.0015毫米/毫米，以较高者为准材料选择ABS-M30ABS-M30iABS-ESD7Antero800NAASAPC-ISOPCPC-ABSFDMNylon12FDMNylon12CFST-130（可融材料）ULTEM9085树脂ULTEM1010树脂

打印参数对3D打印最终零件质量至关重要，需要根据丝材种类、丝材质量、打印零件质量要求、打印周期、打印难度等综合调整，最终达到打印零件质量、打印成功率、打印时间之间的平衡。

FDM成形过程中影响打印零件质量的参数较多，大体可以分为图8所示几个方向，其中最常用的参数包括层高、喷嘴温度、挤出速度、填充比例等。图8打印参数设置图9层厚设备FDM成形设备3.FDM成形工艺参数

厚高是指将三维数据模形进行切片时单层高度，也是3D打印设备每次Z轴上升的高度，以mm为单位，正常层厚在0.2mm左右。层厚较大时，模型分辨率降低，零件表面会有明显的台阶，但成形时间较短；分层厚度较小时，零件成形精度和表面质量会更好，成形时间也就较长。FDM成形设备3.FDM成形工艺参数（1）厚高

与其他材料成形方法不同，3D打印成形过程中可以选择不同的密度，零件内部可以选择中空或网格，零件表面完全填充，从而缩短成形周期，实现材料利用最大化；零件内部的填充图案根据强度要求可以选择网格、三角形、正方形等形状。对于无特色要求零件，可以选择填充密度20%，填充图案为立方体。FDM成形设备3.FDM成形工艺参数（2）填充比例及填充图案

温度升高，热塑性材料流动性增强、粘结性好，收缩性也大；喷嘴温度主要与打印材料的种类和性能相关，不同厂家及颜色的材料最佳成形温度也有一定区别，需要操作者根据实际情况进行微调。打印平台温度主要减少零件成形过程中变形和翘曲，成形小型零件可以不加热打印平台，大型零件和变形较大零件都要进行打印平台加热。FDM成形设备3.FDM成形工艺参数（3）喷嘴及打印平台温度

丝材挤出速度是丝材从喷嘴中挤出时的速度。在保证运动机构运行平稳的前提下，填充速度越快，成形时间越短，效率越高。FDM成形设备3.FDM成形工艺参数（4）打印速度

FDM成形零件过程中，一般情况下悬垂角度大于45°的部分都必须使用支撑结构，否者打印过程中可能出现塌陷现象。一般在零件的底部也设计支撑，方便零件打印后从打印平台上取下。FDM成形设备3.FDM成形工艺参数（5）支撑设置

Creality3D，中文名创想三维，一家主打海外市场的新兴国产3D打印机供应商，携多款FDM、树脂3D打印机以及3D扫描仪在展会上吸引了大量围观人群。4.桌面级FDM设备FDM成形设备（1）Ender-7

Ender系列打印在国外的普及率相当高，新的Ender-7在打印速度上取得了新突破，正常打印速度可达250mm/s，在保持精度和质量的同时，还能让人享受到高速制造的好处。打印机构建尺寸为250×250×300mm，配有高精度直线导轨，Core-XY结构，定制化大容量喷头和大功率电机，高速冷却风扇，高效运行控制算法和极简美学设计，吸引了大批参展人群围观。机器海外售价739英镑（约6452元人民币）。4.桌面级FDM设备FDM成形设备（2）Ender-3

V2

Ender-3是Creality的热销型号，在2020年，创想三维将这款打印机进行了升级，包括32位主板、静音步进电机驱动器、更清洁的外观和设计，以及许多其他更小的触摸设计。打印机一如既往地使用了碳化硅玻璃平台，并在挤出机上增加了一个方便操作的旋钮，还在热床下增加了工具箱，更方便使用习惯。CrealityEnder-3V2构建尺寸为220×220×250mm，还将之前的屏幕变成了4.3英寸高清彩屏，此外，这种彩色屏幕可以轻松拆卸维修，节省大量时间和精力。机器海外售价255英镑（约2226元人民币）。4.桌面级FDM设备FDM成形设备（3）CR-200B

这是一款全封闭式结构的FDM消费级打印机，在2021年2月底推出，具有200×200×200mm的构建体积。除了标配的透明腔体，Creality还配置了多色、多款可选结构。另外，机器配备了宽压电源、新型喷嘴套件以及双风扇环境，保证良好的打印质量，以及大尺寸彩色触摸屏。打印机可以远程、实时控制，以及智能传感器进行断料检测。目前，英国海外售价479英镑（约4182元人民币）。4.桌面级FDM设备FDM成形设备（4）CR-6SE

CR-6SE是创想三维第一台免调平3D打印机，甫一问世就获得了超过430万美元的资金和Kickstarter上10万多的支持者。机器可构建235×235×250mm的体积，采用模块化喷嘴设计以及STM32F103RET6芯片组的静音Trinamic控制器和静音散热风扇，碳化硅玻璃温床平台，双Z轴设计且重量仅9.2kg。机器利用Phtoelectricfilamentsensor确保打印流畅，以及4.3英寸高清彩色LCD触摸屏。机器海外售价375英镑（约3274元人民币）。4.桌面级FDM设备FDM成形设备（5）CR-10

SMART

这款打印机内置WiFi功能，低功耗，自动调平，双Z轴+双对角拉杆，4.3英寸全视角触摸屏和模块化结构，使得打印机变得更加智能，因此而得名。机器能够使用CrealityCloudAPP进行3D切片以及远程控制，还具有自动关机模式，打印尺寸为300×300×400mm。海外售价419英镑（约3658元人民币）。4.桌面级FDM设备FDM成形设备（6）CR-30（3DPrintMill）

这款打印机具有无线长的打印尺寸和批量打印特点，能够节省用户的时间成本。机器在2021年3月发货，打印尺寸为200×170×∞mm，配有可拆卸扩展支架，防止模型在打印过程中掉落。打印机使用了Core-XY结构，滚动传送带，以及机器适配的独家切片软件。这款打印机还具有智能断丝检测器，智能断电保护装置。海外售价为915英镑（约7989元人民币）。

FDM研究现状目前国外研究这种工艺的公司主要有MakerBot公司、Stratasys公司、3D

Systems公司、以色列的Object公司等。其中Stratasys公司处于领导者的位置，在1993年就推出了世界上第一台商业化机型FDM-16-50快速成型机，此后又推出了该型号的系列产品。5.工业级FDM设备FDM成形设备

它可根据您的CAD文件制造出坚固耐用的零件。这些零件非常坚固，可用作先进的概念模型、功能性原型、制造工具和生产部件。工程师只需要加载不同文件和材料就可以生产出各种产品