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3D打印成型过程中(FDM技术)影响打印精度的因素有哪些?

发表时间:2021-01-29 15:14

     3D打印对我们来说,已经不再陌生了。因为随着3D打印技术的发展,它已经渐渐的融入到我们的生活中了,3D打印食物,3D打印玩具,3D打印的汽车,3D打印饼干,甚至3D打印的房子等3D打印的各种产品。


     3D打印所涉及到的领域包括教育、医疗、生产制造、航空航天、军事等,涉及的范围非常广。3D打印之所以这么厉害,依赖于多种的技术路线,也就是多种打印方法。本文哈工三维将向大家简单介绍下FDM 3D打印的原理和影响FDM成型精度的几大因素!


     熔融沉积制造3D打印机(FDM)就是将固体的塑料丝材加热熔化之后通过喷头挤出来,在工作台上堆成一定的形状,液态的材料经过散热固化就具有一定的强度,这就是打印的原理。


     FDM成型精度包括尺寸误差、几何误差及表面粗糙度。在3D打印成型过程中,影响这三者的因素如下:


     1、材料收缩。材料在FDM工艺过程中经过固体—液体—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“ 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 ℃~2 ℃。一般成形室温度设定为 55 ℃。


     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。


     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。


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