FDM 3D打印工艺的局限性

热塑材料挤出工艺是一项伟大的3D打印技术,它可以使用可靠的材料制造相对简单的小型或中型模型。济南海域广3D认为,仍然有几点需要注意。首先,相比其他的3D打印方法,通过FDM 3D打印创建的对象有着明显的层次。换句话说,当近距离观察一个打印物体时,可以很清楚地看到它有着不同的层。在倾斜或弯曲的表面上可能会更明显。

图简单说明了用FDM 3D打印工艺与用传统注塑成型技术制造金字塔模型所产生的区别。

注塑成型技术与FDM 3D打印工艺对比FDM 3D打印打印的物体是否出现层次取決于3D打印机创建它时的分辨率和精度。目前,最好的工业打印机可以挤压出0.1毫米薄的塑料物体层,两轴的精度也可以达到0.1毫米。相比数干美元来说,成本几百美元的打印机通常所能达到的层厚在0.2~0.5毫米之间(不管制造商是如何宣称的),而两轴精度大约为0.2毫米人们普遍认为人眼无法识别小于0.1毫米的层次,但即使这样细小的层次也能使物体表面触摸起来有些粗糙。事实上,用FDM 3D打印制造的物体表面都不会太光滑,除非成型后经过打磨或化学处理(例如放置在丙酮蒸汽云中)。但是,现在主流的3D打印制造商称其最新生产级质量的硬件在精度和表面质量问题上已经可以与传统的注塑成型技术相媲美了。

即使FDM 3D打印3D打印机可以生产出层次极薄的物体,但有些用户为了节省时间还是选择用稍厚的层次来建造。虽然一个层厚0.3毫米的物体比层厚0.15毫米的物体粗糙,但输出时间却节省了ー半。鉴于某些物体可能会需要很长时间才能制作完成一我最近看到的一件中型产品零件就打印了40个小时,那么所节省的时间就显而易见了。如果打印的是货架支架、门档、割草机外壳或粗糙的原型,其表面质量可能也是无关紧要的。除了明显的层次,使用FDM 3D打印的3D物体在打印过程中可能会出现变形、卷曲或收缩的现象,有时这种现象还会相当明显。这常常发生在进行冷却工艺时,由于物体不同部位冷却的速率不同,造成内部热压増大,从而导致变形。为了防止这个问题的发生,大多数热塑挤压打印机都配有加热制作平台,它可以阻止低层比高层过快冷却。

为了进一步减少变形或收缩等问题,工业FDM 3D打印打印机还配有封闭制作区域。这样能够阻止气流并严格地控制温度。高端硬件制造商就宣布目前变形或收缩已经不再是主要问题了。

然而大多数廉价的3D打印机还是会面临这个问题。为了解决这一现状,一些低成本FDM 3D打印设备在打印喷头处安装了小型风扇,用来提高打印层的冷却速度。许多人认为降低打印速度并密切关注制作平台上打印喷头的起始高度就可以减少变形和收缩的发生。另一种方

法是用塑料框架或“筏”固定住物体最底层,物体打印完成后再将其拆除,它能让物体牢固地固定在制作平台上,从而减少变形。最后,不论何种打印机类型,都可以通过有效的模型设计来控制变形。例如,减少“填充空隙”或许可以防止变形。由传统注塑成型技术制作的塑料零部件只能是实心的,但3D打印的物体可以是空心、实心或内部是半固态的开放格子。减少物体的固体部分通常能够防止其内部拉长和外部冷却变形。非实心固体的模型可以减少耗时和

耗材,继而降低打印成本。

最后一个也是最主要的问题是在打印过程中无支撑点的悬空部分或“孤体”部分的处理。为了说明问题,图2.4展示了由FDM 3D打印3D打印机制造的四个塑料字母。在这里,大写字母"L"可以轻松打印出来。相比之下,大写字母"Y"有个向上倾斜的延伸。这里的难度在于,因打印输出的逐层倾斜堆叠而有可能下来。对于字母"Y来说,它左右两臂倾斜的角度不超过45一般是可以打印的。但如果是字母"T",左右两臂的展开角度各自都达到了90°,如果不采取措施的话,在打印过程中肯定会掉下来。同样,大写字母“"M"最初可能会无法打印,因为字母中间部分是完全悬在半空中的,没有任何支撑点。

图延伸和孤体部位当然,如果将“T"和"M"水平放在制作平台上是可以轻松完成打印的,而且几乎所有3D打印的物体在规划时最优先考虑的就是物体面向问题。但是很多复杂的物体根本无法简单地为之确定既有支撑点又无孤体的方向。为了处理这个问题,几乎所有的FDM 3D打印打印机都或多或少地需要打印“支撑结构”。打印完成后,再把这些临时的附件拆除。

支撑结构有两种方式。许多廉价的FDM 3D打印3D打印机利用打印物体本身的材料制作出精致格状的“分离支撑点”。打印完毕后,所有这些多余的塑料小块必须用小刀、其他工具或手动拆除。将这些支撑结构拆除后,就要做一些必要的后续清理工作,比如用砂纸或其他工具将物体打磨平整,以彻底消除支撑点的痕迹有些FDM 3D打印打印机则利用第二个打印喷嘴输出水溶性支撑材料来制作支撑结构,如聚醋酸乙烯酯(PVA)。当物体打印完成后,会被置于一罐水基清洗剂中。罐中的搅拌器不断搅动,使清洗剂循环在物体周围,从而清除支撑材料。最后将完成的3D打印物体取出,用清水洗浄并烘干。

虽然大多数能够制作水溶性支撑结构的3D打印机都是大型高端的工业机器,但是目前在价格低廉的桌面硬件中也可以使用该技术例如, L Creat系列3D打印机就能够打印水溶性支撑结构,价钱为2500美元起。比较使用分离支撑工艺的打印机来说,使用可溶性支撑点工艺的3D打印机在制作过程中相对复杂而费时。但同时它们也给出了较好的结果。一些3D打印机制造商根据制造和拆除可溶性支撑结构工艺的特点,将其称为"SST",即“可溶性支撑技术”。而那些使用分离支撑工艺的则被称为"BST",即“分离支撑技术”。

虽然使用海域广3D的FDM 3D打印技术制造的物体经常需要拆除支撑点,但这种成品一旦被制造出来就可以立即投入使用(可能需要先打磨、上色,或者暴露于丙酮蒸汽中,以提高表面质量)。相反,使用其他3D打印方法制造的产品往往需要进行后处理,比如固化或主入到其他材料中。