FDM 熔融沉積成型：3D打印如何走進(jìn)千家萬戶

FDM，是目前應(yīng)用很廣泛也很深入民間的技術(shù)。數(shù)字光處理技術(shù)與SLA相似，在文中我會詳細(xì)跟大家講解兩者的不同之處。該技術(shù)不涉及激光、高溫、高壓等危險(xiǎn)環(huán)節(jié)，是成本較低的3D打印技術(shù)。FDM早由美國Stratasys公司的創(chuàng)始人Scott Crump發(fā)明，2009年FDM技術(shù)關(guān)鍵專利到期，很多人可以參與改進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，于是FDM不斷進(jìn)化，使得3D打印機(jī)變得更為便宜、輕便，3D打印機(jī)開始逐漸進(jìn)入普通人的生活。全球巨大的桌面級3D打印公司之一MakerBot就是基于此項(xiàng)技術(shù)迅猛發(fā)展起來的。

FDM工藝的關(guān)鍵是保持從噴嘴中噴出的、熔融狀態(tài)下的原材料溫度剛好在凝固點(diǎn)之上，通常控制在比凝固點(diǎn)高1℃左右。如果溫度太高，會導(dǎo)致打印物體的精度降低，模型變形等問題；如果溫度太低，則容易導(dǎo)致噴頭被堵住，導(dǎo)致打印失敗。

FDM工藝的打印機(jī)會需要使用兩種材料：一種用于打印實(shí)體部分的成型材料；另一種用于沉積空腔或懸臂部分的支撐材料。光固化工作原理光固化成型（StereoLithographyAppearance，SLA或SL）主要是使用光敏樹脂作為原材料,利用液態(tài)光敏樹脂在紫外激光束照射下會快速固化的特性。切片軟件會根據(jù)待打印模型的外形，自動計(jì)算決定是否需要為其添加支撐。支撐還有一個(gè)目的是建立基礎(chǔ)層。即在正式打印之前，先在工作平臺上打印一個(gè)基礎(chǔ)層，這樣可以提供一個(gè)精準(zhǔn)的基準(zhǔn)面，還可以使打印完成后的模型更容易剝離。

SLA立體光固化成型工藝

自上而下還是自下而上？

在早期的SLA技術(shù)中，光源都是位于樹脂槽上方（Top），每固化一層，打印平臺會向下移動(down)，所以稱為Top down結(jié)構(gòu)，也稱為自由液面式結(jié)構(gòu)。在鑄造生產(chǎn)中，對于一些形狀復(fù)雜的鑄件，模具的制造是一個(gè)巨大的難題。在這種結(jié)構(gòu)中，固化發(fā)生在光敏樹脂和空氣的界面上，所以如果使用丙l烯酸類樹脂，就可能有強(qiáng)烈的氧阻聚效應(yīng)，導(dǎo)致打印失敗。同時(shí)，由于固化發(fā)生在光敏樹脂的液面，所以打印高度與樹脂槽深度有關(guān)：如果需要打印一個(gè)1米高的打印件，就需要1米深的樹脂。每次打印時(shí)，所需要的樹脂遠(yuǎn)多于固化的樹脂。這樣可能造成浪費(fèi)，也給更換不同種類的樹脂帶來了不便。自由液面式結(jié)構(gòu)的SLA打印機(jī)一般都需要加裝液面控制系統(tǒng)，成本較高。這樣就是為什么我們一般只在工業(yè)級SLA上看到自由液面式結(jié)構(gòu)。

SLS原理

選擇性激光燒結(jié)（Selective Laser Sintering, SLS）技術(shù)由美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的C.R. Dechard發(fā)明，主要是利用粉末材料在激光照射下高溫?zé)Y(jié)的基本原理，通過計(jì)算機(jī)控制光源定位裝置實(shí)現(xiàn)精l確定位，然后逐層燒結(jié)堆積成型。FDM應(yīng)用用途零件FDM技術(shù)可以直接制造要用的用途零件，其精度可以媲美注塑成形。

SLS的工作過程與3DP相似，都是基于粉末床進(jìn)行的，區(qū)別在于3DP是通過噴射粘結(jié)劑來粘結(jié)粉末，而SLS是利用紅外激光燒結(jié)粉末。燒結(jié)好的制件再經(jīng)高溫后續(xù)處理，一方面去除制件中的有機(jī)黏合劑，另一方面提高制件的力學(xué)強(qiáng)度和耐熱強(qiáng)度。先用鋪粉滾軸鋪一層粉末材料，通過打印設(shè)備里的恒溫設(shè)施將其加熱至恰好低于該粉末燒結(jié)點(diǎn)的某一溫度，接著激光束在粉層上照射，使被照射的粉末溫度升至熔化點(diǎn)之上，進(jìn)行燒結(jié)并與下面已制作成形的部分實(shí)現(xiàn)黏結(jié)。當(dāng)一個(gè)層面完成燒結(jié)之后，打印平臺下降一個(gè)層厚的高度，鋪粉系統(tǒng)為打印平臺鋪上新的粉末材料，然后控制激光束再次照射進(jìn)行燒結(jié)，如此循環(huán)往復(fù)，層層疊加，直至完成整個(gè)三維物體的打印工作。