陳宗旭

（泉州信息工程學(xué)院機(jī)電系，福建 泉州 362000）

探討FDM3D打印機(jī)研究以及其適用材料思考

陳宗旭

（泉州信息工程學(xué)院機(jī)電系，福建 泉州 362000）

本文就FDM 3D打印機(jī)展開分析，深入了解其適用的材料，以期為之后人們操作提供參考依據(jù)。

FDM；3D打印機(jī)；適用材料

0 引言

FDM3D打印機(jī)屬于一種能打印真是三維物體的設(shè)備，和以往單一的加工技術(shù)存在很大差異，主要經(jīng)逐層增加相應(yīng)的材料，最終形成3D實(shí)體。而FDM3D打印機(jī)所開展的分層操作流程、操作技術(shù)原理和噴墨打印有很多相似之處，與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，F(xiàn)DM3D打印技術(shù)的速度較快、方便操作等優(yōu)勢(shì)較明顯。鑒于此，深入了解FDM3D打印機(jī)及其適用材料非常有必要。

1 FDM3D打印機(jī)研究

我國(guó)大部分3D打印機(jī)在制作以及選取材料方面，主要選擇成本相對(duì)較低的FDM熔融層積成型技術(shù)。其作用機(jī)制主要在計(jì)算機(jī)的控制之下，按照電腦內(nèi)截面的輪廓信息，對(duì)各種線材做加熱融化處理，最終成型的一個(gè)過(guò)程。在3D打印機(jī)中，打印頭屬于打印質(zhì)量與可靠性的核心部件，包括2個(gè)功能，一根據(jù)要求來(lái)完成送絲的精度，其次經(jīng)加熱將送出絲熔化成熔融狀態(tài)，之后經(jīng)噴頭完全擠出，其驅(qū)動(dòng)通常應(yīng)用步進(jìn)馬達(dá)，以便確保送絲量精準(zhǔn)。

1.1 送絲部件

FDM3D打印機(jī)內(nèi)的料絲經(jīng)V溝軸承將料絲直接壓制的驅(qū)動(dòng)的輪齒上，使馬達(dá)于整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路的控制之下進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，且經(jīng)驅(qū)動(dòng)的齒輪來(lái)帶動(dòng)整個(gè)料絲朝前送料，經(jīng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)角度來(lái)控制送料量。

1.2 擠出頭

當(dāng)導(dǎo)料管接收到步進(jìn)馬達(dá)所送出的材料時(shí)，受發(fā)熱塊的加熱作用影響，使料絲先在管料管中軟化，至擠出頭部位后，完全處在熔融的狀態(tài)下，最后料絲進(jìn)入，將處于熔融狀態(tài)下的料直接從擠出頭下方的小孔中擠出，以致形成熔絲。

2 FDM3D打印機(jī)適用材料

2.1 熔融層積成型技術(shù)

熔融層積成型技術(shù)針對(duì)材料的要求較高，主要有：熔融溫度偏低，為便于加熱；且粘接性、粘度、流動(dòng)性等較好，有利于把材料完全擠出。因材料流動(dòng)性非常差，在擠出過(guò)程中，需非常大的送絲壓力，這樣會(huì)加大噴頭啟動(dòng)、停止的時(shí)間，進(jìn)而對(duì)成形精度造成影響。同時(shí)，對(duì)于材料收縮率也有一定的要求，因其會(huì)對(duì)最后產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響，按照FDM3D打印機(jī)要求，當(dāng)前符合其需求的材料有塑料、尼龍絲、石蠟及熔點(diǎn)較低的材料與陶瓷、金屬等。市場(chǎng)上比較常見的材料主要有：聚乳酸、ΑBS塑料、鑄蠟及人造橡膠等，而聚乳酸與ΑBS塑料屬于經(jīng)常使用的材料［1］。

2.2 聚乳酸

FDM3D打印機(jī)在選擇適用材料時(shí)，需按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選用，如選擇經(jīng)常使用的聚乳酸，其應(yīng)用效果非常顯著。此種材料主要經(jīng)飽含淀粉質(zhì)的玉米，經(jīng)當(dāng)代生物技術(shù)進(jìn)行加工處理后，可生成透明、無(wú)色液體，即乳酸，之后經(jīng)對(duì)其進(jìn)行特殊聚合反應(yīng)后形成顆粒狀的高分子材料，即聚乳酸。具體應(yīng)用包括以下方面：

第一，聚乳酸材料屬于一種全新的生物降解材料，對(duì)ΑBS材料相比，其環(huán)保性較強(qiáng)，不會(huì)傷害讓人們的身體，且屬于一種可再生資源，如經(jīng)提取玉米中的淀粉原料進(jìn)行制作。聚乳酸材料在應(yīng)用過(guò)程中，其機(jī)械性能和物理性能較好，可用于熱塑、吹塑等加工手段，其可降解性非常好，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域中，例如，可以生產(chǎn)出一次性的輸液用具、手術(shù)縫合線，且一些低分子的聚乳酸可當(dāng)做藥物包裝劑。第二，乳酸除具備可降解的塑料特性以外，還擁有獨(dú)特性。以往的生物可降解的塑料所具備的透明度、強(qiáng)度、氣候轉(zhuǎn)變抵抗能力均高于普通塑料。聚乳酸的透明度、光澤性非常好，與應(yīng)用聚苯乙烯制作的薄膜相差不大，是很多生物可降解難以提供的［2］。此外，聚乳酸的抗拉強(qiáng)度與延展度也非常好，能夠經(jīng)各種加工手段進(jìn)行生產(chǎn)，如經(jīng)熔化擠出后可成型、注射以及吹膜成型等，和當(dāng)前應(yīng)用的聚乳酸成形條件大體相似。

2.3 ABS塑料

FDM3D打印機(jī)適用材料中的ΑBS塑料屬于當(dāng)前產(chǎn)量較大，且使用范圍非常廣泛的一種聚合物，它主要是把PS、BS、SΑN等不同性能整合起來(lái)，以兼具韌性、剛性、硬性等互相加均衡的熱血、優(yōu)良力學(xué)、化學(xué)以及電學(xué)性能。ΑBS塑料中的3個(gè)字母主要代表丙烯腈、丁二烯、苯乙烯，具體應(yīng)用表現(xiàn)如下：

第一，ΑBS塑料屬于一種綜合性能比較好的樹脂，在較為寬廣的溫度區(qū)域內(nèi)，其沖擊強(qiáng)度、熱變行的溫度、表面強(qiáng)度等均高于PΑ與PVC，且尺寸的穩(wěn)定性非常好。通常情況下，ΑBS塑料所呈現(xiàn)的狀態(tài)時(shí)不透明的，而經(jīng)過(guò)著色且加工制作之后，可形成光澤度較高的一種色澤制品，其電鍍級(jí)外表面能夠做真空鍍膜及電鍍等相關(guān)裝飾，不會(huì)產(chǎn)生任何刺激性的氣味，燃燒速度非常慢。第二，在燃燒過(guò)程中，火焰顏色呈黃色，會(huì)出現(xiàn)大量的黑煙，且燃燒過(guò)程中，會(huì)先出現(xiàn)軟化之后燒焦，最后才會(huì)發(fā)出刺鼻肉桂氣味，并不會(huì)發(fā)生熔融滴落的情況。不會(huì)溶解在大多數(shù)醇類以及烴類的溶劑中，而易溶解在酯、醛及部分氯代烴內(nèi)，流動(dòng)的特性屬于牛頓流體，而ΑBS塑料熔 體內(nèi)部的流動(dòng)性往往優(yōu)于PC與PVC［3］。第三，ΑBS塑料在應(yīng)用時(shí)，其熔體的粘度和所加工的溫度、剪切的速率均有直接聯(lián)系，但是針對(duì)剪切的速率表現(xiàn)非常敏感。因其具備較好的力學(xué)性能，能夠在較低溫度的環(huán)境下應(yīng)用，所制作的成品若被損壞，通常使拉伸損害。然而ΑBS所彎的曲強(qiáng)度與壓縮的強(qiáng)度在塑料當(dāng)中非常差，其力學(xué)的性能容易受溫度所影響其熱學(xué)的性能與其他類型相比相對(duì)較好，可在零下40攝氏度℃時(shí)，還可表現(xiàn)較好的韌性，且在零下40℃-80℃溫度間長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用。所熱變形的溫度大約在75℃-104℃之間，制品在經(jīng)退火的處理之后，可提升大約8-10℃。此外，ΑBS塑料對(duì)于剪切速率、溫度非常敏感，但ΑBS塑料作為一種無(wú)定形的聚合物，其熔點(diǎn)并不明顯，熔體的粘度非常高且耐候性非常差，在紫外線的照射下會(huì)出現(xiàn)變色，同時(shí)不會(huì)受到濕度、頻率及溫度等影響，所應(yīng)用的環(huán)境較為廣泛。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文經(jīng)分析FDM3D打印機(jī)，深入探析其適用材料，重點(diǎn)研究聚乳酸、ΑBS塑料兩種材料。經(jīng)對(duì)本文進(jìn)行闡述，重點(diǎn)凸顯出FDM3D打印機(jī)適用材料在應(yīng)用過(guò)程中，所表現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)，這對(duì)于之后進(jìn)一步探究FDM3D打印機(jī)具有重要的參考意義。

［1］吳海曦，余忠華，張浩等.面向熔融沉積成型的3D打印機(jī)故障聲發(fā)射監(jiān)控方法［J］.浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2016，50（01）∶78-84.

［2］宋平蓮，江素華.基于FDM 3D打印機(jī)仿真軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.電腦知識(shí)與技術(shù)，2015，11（24）∶134-135.

［3］梅武軍.FDM型3D打印機(jī)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化［J］.電子設(shè)計(jì)工程，2016，24（12）∶179-184.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.162