熔融沉积快速成型工艺教材

ξ2 快速成型制造工艺
模具工程技术研究中心 METRC
气压式熔融沉积快速成形系统（Air-pressure Jet Solidification， AJS）的工作原理如图所示：被加热到一定温度的低粘性材料(该材料可由不 同相组成，如粉末—粘结剂的混合物)，通过空气压缩机提供的压力由喷头 挤出，涂覆于工作平台或前一沉积层之上。喷头按当前层的层面几何形状进 行扫描堆积，实现逐层沉积凝固。工作台由计算机系统控制作X、Y、Z三维 运动，可逐层制造三维实体和直接制造空间曲面。
无污染
熔融沉积成形所用的材料为无毒、无味的热塑性材料，并且废弃的材料还可以回 收利用，因此材料对周围环境不会造成污染。
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（三）与传统FDM的不同之处
① FDM工艺一般采用低熔点丝状材料，如蜡丝或ABS塑料丝，如果采用高熔点 的热塑性复合材料，或对于一些不易加工成丝材的材料，如EVA材料等，就会相 当困难。该系统无需再采用专门的挤压成丝设备来制造丝材，工作时只需将热塑 性材料直接倒入喷头的腔体内，依靠加热装置将其加热到熔融挤压状态，不但避 免了必须采用丝材材料这一限制，而且节省了一道工序，提高了生产效率。
熔融沉积快速成型工艺在原型制作时需要同时制作支撑，为了节省材料成本和 提高沉积效率，新型FDM设备采用了双喷头。
ξ2 快速成型制造工艺
一个喷头用于沉积模型材料 ，一个喷头用于沉积支撑材 料。一般来说，模型材料丝 精细而且成本较高，沉积的 效率也较低。而支撑材料丝 较粗且成本较低，沉积的效 率也较高。双喷头的优点除 了沉积过程中具有较高的沉 积效率和降低模型制作成本 以外，还可以灵活地选择具 有特殊性能的支撑材料，以 便于后处理过程中支撑材料 的去除，如水溶材料、低于 模型材料熔点的热熔材料等
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（二）气压式熔融沉积快速成形系统的特点
成型材料广泛
一般的热塑性材料如塑料、尼龙、橡胶、蜡等，作适当改性后都可用于沉积成 形。
设备成本低、体积小
熔融沉积成形是靠材料熔融时的粘性粘结成形，不象SLA、LOM、SLS等工艺靠 激光的作用来成形，没有激光器及其电源和树脂槽，大大简化了设备，使成本降低。 熔融沉积成形设备运行、维护容易，工作可靠，是桌面化快速成形设备的最佳工艺。
AJS系统主要由控制、加热与冷却、挤压、喷头机构、可升降工作台及 支架机构6部分组成。其中控制用计算机配置有CAD模型切片软件和加支撑软 件，对三维模型进行切片和诊断，并在零件的高度方向，模拟显示出每隔一 定时间的一系列横截面的轮廓，加支撑软件对零件进行自动加支撑处理。数 据处理完毕后，混合均匀的材料按一定比例人工送入加热室。加热室由电阻 丝加热，经热电阻测温并由温度控制器使其温度恒定，使材料处于良好的熔 融挤压状态，后经压力传感器测压后进行挤压，制造原型零件。控制系统能 使整个AJS系统实现自动控制，其中包括气路的通断、喷头的喷射速度以及 喷射量与原型零件整体制造速度的匹配等。
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将实芯丝材原材料缠绕在供料辊上，由电机驱动辊子旋转，辊子和丝材之间的 摩擦力使丝材向喷头的出口送进。在供料辊与喷头之间有一导向套，导向套采用低 摩擦材料制成，以便丝材能顺利、准确地由供料辊送到喷头的内腔（最大送料速度 为10～25mm/s，推荐速度为5～18mm/s）。喷头的前端有电阻丝式加热器，在其 作用下，丝材被加热熔融（熔模铸造蜡丝的熔融温度为74℃，机加工蜡丝的熔融温 度为96℃，聚烯烃树脂丝为106℃，聚酰胺丝为155℃，ABS塑料丝为270℃），然 后通过出口（内径为0.25～1.32mm，随材料的种类和送料速度而定），涂覆至工作 台上，并在冷却后形成界面轮廓。由于受结构的限制，加热器的功率不可能太大， 因此，丝材一般为熔点不太高的热塑性塑料或蜡。丝材熔融沉积的层厚随喷头的运 动速度（最高速度为380mm/s）而变化，通常最大层厚为0.15～0.25mm。
三、பைடு நூலகம்融沉积工艺成形过程影响因素分析
材料性能的影响 喷头温度和成形室温度的影响 挤出速度的影响 填充速度与挤出速度交互的影响 分层厚度的影响 成形时间的影响 扫描方式的影响
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四、气压式熔融沉积快速成形系统
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（一）气压式熔融沉积快速成形系统的工作原理
熔融沉积快速成型工艺 教材
2020年4月20日星期一
ξ2 快速成型制造工艺
一、熔融沉积工艺的基本原理
熔融沉积又叫熔丝沉积，它 是将丝状的热熔性材料加热熔化 ，通过带有一个微细喷嘴的喷头 挤喷出来。喷头可沿着X轴方向 移动，而工作台则沿Y轴方向移 动。如果热熔性材料的温度始终 稍高于固化温度，而成型部分的 温度稍低于固化温度，就能保证 热熔性材料挤喷出喷嘴后，随即 与前一层面熔结在一起。一个层 面沉积完成后，工作台按预定的 增量下降一个层的厚度，再继续 熔喷沉积，直至完成整个实体造 型。熔融沉积制造工艺的具体过 程如下：
缺点
成型件的表面有较明显的条纹 。 沿成型轴垂直方向的强度比较弱。 需要设计与制作支撑结构。 需要对整个截面进行扫描涂覆，成型时间较长。 原材料价格昂贵。
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二、熔融沉积工艺的特点
优点
系统构造原理和操作简单，维护成本低，系统运行安全。 可以使用无毒的原材料，设备系统可在办公环境中安装使用。 用蜡成形的零件原型，可以直接用于失蜡铸造。 可以成型任意复杂程度的零件，常用于成型具有很复杂的内腔、孔等零件。 原材料在成型过程中无化学变化，制件的翘曲变形小。 原材料利用率高，且材料寿命长。 支撑去除简单，无需化学清洗，分离容易。