探討FDM3D打印機研究以及其適用材料思考

陳宗旭

（泉州信息工程學院機電系，福建 泉州 362000）

探討FDM3D打印機研究以及其適用材料思考

陳宗旭

（泉州信息工程學院機電系，福建 泉州 362000）

本文就FDM 3D打印機展開分析，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。

FDM；3D打印機；適用材料

0 引言

FDM3D打印機屬于一種能打印真是三維物體的設備，和以往單一的加工技術存在很大差異，主要經逐層增加相應的材料，最終形成3D實體。而FDM3D打印機所開展的分層操作流程、操作技術原理和噴墨打印有很多相似之處，與傳統制造技術相比，FDM3D打印技術的速度較快、方便操作等優勢較明顯。鑒于此，深入了解FDM3D打印機及其適用材料非常有必要。

1 FDM3D打印機研究

我國大部分3D打印機在制作以及選取材料方面，主要選擇成本相對較低的FDM熔融層積成型技術。其作用機制主要在計算機的控制之下，按照電腦內截面的輪廓信息，對各種線材做加熱融化處理，最終成型的一個過程。在3D打印機中，打印頭屬于打印質量與可靠性的核心部件，包括2個功能，一根據要求來完成送絲的精度，其次經加熱將送出絲熔化成熔融狀態，之后經噴頭完全擠出，其驅動通常應用步進馬達，以便確保送絲量精準。

1.1 送絲部件

FDM3D打印機內的料絲經V溝軸承將料絲直接壓制的驅動的輪齒上，使馬達于整個驅動電路的控制之下進行轉動，且經驅動的齒輪來帶動整個料絲朝前送料，經馬達轉動角度來控制送料量。

1.2 擠出頭

當導料管接收到步進馬達所送出的材料時，受發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下，最后料絲進入，將處于熔融狀態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打印機適用材料

2.1 熔融層積成型技術

熔融層積成型技術針對材料的要求較高，主要有：熔融溫度偏低，為便于加熱；且粘接性、粘度、流動性等較好，有利于把材料完全擠出。因材料流動性非常差，在擠出過程中，需非常大的送絲壓力，這樣會加大噴頭啟動、停止的時間，進而對成形精度造成影響。同時，對于材料收縮率也有一定的要求，因其會對最后產品質量產生影響，按照FDM3D打印機要求，當前符合其需求的材料有塑料、尼龍絲、石蠟及熔點較低的材料與陶瓷、金屬等。市場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塑料屬于經常使用的材料［1］。

2.2 聚乳酸

FDM3D打印機在選擇適用材料時，需按照相關標準進行選用，如選擇經常使用的聚乳酸，其應用效果非常顯著。此種材料主要經飽含淀粉質的玉米，經當代生物技術進行加工處理后，可生成透明、無色液體，即乳酸，之后經對其進行特殊聚合反應后形成顆粒狀的高分子材料，即聚乳酸。具體應用包括以下方面：

第一，聚乳酸材料屬于一種全新的生物降解材料，對ΑBS材料相比，其環保性較強，不會傷害讓人們的身體，且屬于一種可再生資源，如經提取玉米中的淀粉原料進行制作。聚乳酸材料在應用過程中，其機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，廣泛應用于醫藥領域中，例如，可以生產出一次性的輸液用具、手術縫合線，且一些低分子的聚乳酸可當做藥物包裝劑。第二，乳酸除具備可降解的塑料特性以外，還擁有獨特性。以往的生物可降解的塑料所具備的透明度、強度、氣候轉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，聚乳酸的抗拉強度與延展度也非常好，能夠經各種加工手段進行生產，如經熔化擠出后可成型、注射以及吹膜成型等，和當前應用的聚乳酸成形條件大體相似。

2.3 ABS塑料

FDM3D打印機適用材料中的ΑBS塑料屬于當前產量較大，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，以兼具韌性、剛性、硬性等互相加均衡的熱血、優良力學、化學以及電學性能。ΑBS塑料中的3個字母主要代表丙烯腈、丁二烯、苯乙烯，具體應用表現如下：

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域內，其沖擊強度、熱變行的溫度、表面強度等均高于PΑ與PVC，且尺寸的穩定性非常好。通常情況下，ΑBS塑料所呈現的狀態時不透明的，而經過著色且加工制作之后，可形成光澤度較高的一種色澤制品，其電鍍級外表面能夠做真空鍍膜及電鍍等相關裝飾，不會產生任何刺激性的氣味，燃燒速度非常慢。第二，在燃燒過程中，火焰顏色呈黃色，會出現大量的黑煙，且燃燒過程中，會先出現軟化之后燒焦，最后才會發出刺鼻肉桂氣味，并不會發生熔融滴落的情況。不會溶解在大多數醇類以及烴類的溶劑中，而易溶解在酯、醛及部分氯代烴內，流動的特性屬于牛頓流體，而ΑBS塑料熔 體內部的流動性往往優于PC與PVC［3］。第三，ΑBS塑料在應用時，其熔體的粘度和所加工的溫度、剪切的速率均有直接聯系，但是針對剪切的速率表現非常敏感。因其具備較好的力學性能，能夠在較低溫度的環境下應用，所制作的成品若被損壞，通常使拉伸損害。然而ΑBS所彎的曲強度與壓縮的強度在塑料當中非常差，其力學的性能容易受溫度所影響其熱學的性能與其他類型相比相對較好，可在零下40攝氏度℃時，還可表現較好的韌性，且在零下40℃-80℃溫度間長時間應用。所熱變形的溫度大約在75℃-104℃之間，制品在經退火的處理之后，可提升大約8-10℃。此外，ΑBS塑料對于剪切速率、溫度非常敏感，但ΑBS塑料作為一種無定形的聚合物，其熔點并不明顯，熔體的粘度非常高且耐候性非常差，在紫外線的照射下會出現變色，同時不會受到濕度、頻率及溫度等影響，所應用的環境較為廣泛。

3 結語

綜上所述，本文經分析FDM3D打印機，深入探析其適用材料，重點研究聚乳酸、ΑBS塑料兩種材料。經對本文進行闡述，重點凸顯出FDM3D打印機適用材料在應用過程中，所表現出的優勢，這對于之后進一步探究FDM3D打印機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打印機故障聲發射監控方法［J］.浙江大學學報（工學版），2016，50（01）∶78-84.

［2］宋平蓮，江素華.基于FDM 3D打印機仿真軟件的設計與實現［J］.電腦知識與技術，2015，11（24）∶134-135.

［3］梅武軍.FDM型3D打印機電機控制系統的設計與優化［J］.電子設計工程，2016，24（12）∶179-184.

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