文档介绍：熔丝堆积成形工艺
熔丝堆积成形的发展及其定义
熔丝堆积成形(Fused Deposition Modeling—FDM)产生于1988年。熔丝堆积成形工艺是利用热塑性材料的热熔性、粘结性,在计算机控制下层层堆积成型。如图1-1,材料抽成丝状后,送丝机构将它送达加热喷嘴,并被加热熔化,喷嘴在平面内沿着零件截面轮廓和填充轨迹移动,同时将熔融材料挤出,并与周边材料粘结固化,达到成形,再层层叠加形成立体模型。
图1—1 熔积成形法原理图
熔积法成形的示意图 b)熔积成形5000,熔积成形设备
熔丝堆积的特点
熔丝堆积成形优点:
1)可以成型任意复杂的零件,常用于成型具有复杂内腔或内孔的零件。
2)蜡作原型可以直接用于熔模铸造。
3)材料利用率高,原材料无毒,可在办公环境安装。无化学变化,制件的翘曲变形小。
4)系统构造原理简单、操作方便、成本低、运行安全。
5)无需支撑、无需化学清洗、无需分离。
熔丝堆积成形缺点:
1)成型件表面有明显的条纹
2)沿成型轴垂直方向的强度差
3)对整个截面扫描涂覆,成型时间长。
4)原材料价格高
三、 FDM成形精度包括尺寸误差、几何误差及表面粗糙度。在FDM的成型过程中,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 ℃。本实验将成形室温度设定为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,应满足vj / vt = [ a1 , a2 ] (1式中: