有想象不到的效果，F(xiàn)DM3D打印精度的提升法則

隨著技術(shù)的不斷提升，3D打印逐漸向各大行業(yè)持續(xù)滲透，近期美國(guó)GE公司在巴黎航展上宣布擬在今年運(yùn)行3D打印的ATP飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)；米其林展示了不用充氣且壽命更長(zhǎng)的3D打印輪胎等等，3D打印促進(jìn)了很多行業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展，同時(shí)也逐漸被更多個(gè)人用戶所關(guān)注與使用，今天我們大家一起探討一下如何提高FDM3D打印精度。

我們先來了解一下FDM成型原理，F(xiàn)DM是“Fused Deposition Modeling”的簡(jiǎn)寫形式，即為熔融沉積成型，這項(xiàng)3D打印技術(shù)由美國(guó)學(xué)者Scott Crump于1988年研制成功。FDM通俗來講就是利用高溫將材料融化成液態(tài)，通過打印頭擠出后固化，最后形成立體實(shí)物。FDM機(jī)械系統(tǒng)主要包括噴頭、送絲機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、加熱工作室、工作臺(tái)五個(gè)部分。熔融沉積工藝使用的材料分為兩部分：一類是成型材料，另一類是支撐材料。

哪些因素會(huì)影響FDM成型件的精度？
FDM工藝是一項(xiàng)涉及CAD/CAM、數(shù)據(jù)編程、材料編制、材料制備、工藝參數(shù)設(shè)置以及后期處理等環(huán)節(jié)的集成制造過程。每一個(gè)環(huán)節(jié)的差錯(cuò)，都可能影響FDM成型件的精度。下面講述幾大主要因素：

材料性能
FDM材料的性能將直接影響成型件的成型精度，材料在工藝過程中要經(jīng)過固體→熔體→固體的兩次相變，在凝固過程中，由材料的收縮而產(chǎn)生的應(yīng)力變形會(huì)影響成型件精度。因此，如要提升精度，應(yīng)通過改進(jìn)材料的配方等方法來減小材料的收縮率。

分層厚度
分層厚度是指在成型過程中每層切片截面的厚度。由于每層有一定的厚度，會(huì)在成型后的實(shí)體表面產(chǎn)生臺(tái)階現(xiàn)象，直接影響成型件的尺寸誤差與表面粗糙程度。通常情況下，分層厚度越大，模型表面產(chǎn)生的臺(tái)階高度也就越大，表面質(zhì)量也會(huì)越差，但加工效率則會(huì)提高。所以分層厚度的設(shè)置要根據(jù)自身需求而合理設(shè)定。此外，為了提高成型精度，加工完成后，會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的打磨拋光等后期處理，提高成品效果。

噴頭溫度
噴頭溫度影響材料的絲材流量、擠出絲寬度、粘結(jié)性能及堆積性能等。溫度過低，絲材粘度就會(huì)加大，擠出絲速度變慢，會(huì)導(dǎo)致噴頭堵塞，同時(shí)絲束的層與層之間粘結(jié)強(qiáng)度也會(huì)降低，可能導(dǎo)致層與層之間的剝離；溫度過高，材料趨于液態(tài)，粘性系數(shù)變小，流動(dòng)性變強(qiáng)，會(huì)導(dǎo)致擠出速度過快無法形成精度控制的絲束，在加工制作時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)前一層的材料尚未冷卻，后一層就鋪覆在前一層的上面，使得前一層材料出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。因此，噴頭溫度的設(shè)定非常重要，要根據(jù)每種絲束的性質(zhì)在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)倪x擇，保證擠出的絲束成正常的熔融流動(dòng)狀態(tài)。

填充速度與擠出速度
擠出速度是指噴頭內(nèi)熔融狀態(tài)的絲束從噴嘴擠出時(shí)的速度。若擠出速度增大，擠出絲的截面寬度就會(huì)增大，當(dāng)擠出速度達(dá)到一定數(shù)值，擠出的絲束粘附在噴嘴外圓錐面，形成“擠出脹大”現(xiàn)象，出現(xiàn)這種情況就不能進(jìn)行正常加工。

填充速度應(yīng)與擠出速度匹配，填充速度比擠出速度快，則材料填充不足，會(huì)出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，難以成型。相反，若填充速度比擠出速度慢，則熔絲會(huì)堆積在噴頭上，使成型面材料分布不均，表面會(huì)有疙瘩，影響成型質(zhì)量。因此，填充速度與擠出速度之間應(yīng)進(jìn)行合理匹配。

那么如何提高FDM成型件的精度呢？

1.通過軟件對(duì)STL文件進(jìn)行修復(fù)，提高面片質(zhì)量，減少CAD模型離散化過程中的精度損失。
2.選擇合適的工藝參數(shù)，包括層厚、補(bǔ)償量、擠出速度、填充速度、開啟/關(guān)閉延時(shí)，噴頭溫度、成型室溫等。
3.增加基底厚度，增大填充間隔，可以減小物件彎曲變形的程度。
4.保持平臺(tái)的清潔，校準(zhǔn)Z軸打印的初始高度。

在FDM工藝成型的過程中，影響精度的因素以及改善精度的方法除了上面講述的這些，還會(huì)有很多種其他情況。應(yīng)根據(jù)自身需求及實(shí)際情況，靈活處理。唯有秉承不斷鉆研、精益求精的態(tài)度，才能成就精致的3D打印佳作。這也正是3D打印的樂趣所在。

來源：弘瑞