【高影响力论文】FDM 3D 打印模型表面阶梯效应的分析

龚运息,陈晨,夏名祥,宋恩权.FDM 3D打印模型表面阶梯效应的分析[J].制造技术与机床,2016(04):27-30.

FDM 3D打印模型表面阶梯效应的分析

龚运息①　陈晨①　夏名祥①　宋恩权②

（①广西科技大学；②柳州鑫鼎科技有限公司）

摘 要

3D 打印模型表面的阶梯效应是常见的表面缺陷。在概述 FDM 3D 打印的原理基础上，以简化的三维锥体模型的 3D 打印加工为研究对象，分析了模型表面阶梯效应的形成原理，论述了阶梯效应与成型层厚及成型模型面角度的关系，同时也与铣削加工进行了对比。提出了改善 FDM 3D 打印阶梯效应的方法，为探索和提高 FDM 3D 打印表面的质量，减小阶梯效应，提供了有益的参考。

FDM ; 3D 打印; 层厚; 阶梯效应

导 语

当前，通过广泛的媒体报道，3D打印技术呈家喻户晓之势。3D打印实际上是快速成型制造技术的统称。根据快速成型的原理和方法，3D打印技术多达十几种，甚至更多。其中成熟应用的主流技术有以下4种，即: SLA 激光立体光刻、SLS选区激光烧结、FDM熔融层积成型技术、LOM叠层实体制造法。许多学者开展了 3D打印技术工艺及原理，以及在机械、汽车领域的应用研究，探讨了 3D打印样件用于产品评估、功能测试等方面的应用。然而，这些研究主要是针对 3D打印产品的用途研究，鲜有对模型表面的质量，阶梯效应的形成深入开展研究。通俗地说，3D打印是分层累加的增材制造。在累加的过程中，模型表面层与层之间会有阶梯产生，我们称之为“阶梯效应”，研究阶梯效应的形成机理以及改善方法，对提高模型表面的质量有重要的意义。

01

FDM 3D 打印原理及阶梯效应

1.1

FDM 3D 打印原理

FDM( fused deposition modeling) 称为熔融层积成型技术，又称熔丝沉积法。其原理是首先将设计的三维 CAD实体模型离散化，按几何形状变化分成一定厚度的薄层，称为分层，得到截面轮廓和填充轨迹。FDM的控制系统将丝状的热塑性材料加热融化，同时三维喷头在计算机控制下，根据截面轮廓和填充轨迹信息，将材料选择性地涂敷在工作台上，快速冷却后形成一层截面。然后重复上述过程，继续融喷沉积，直至形成整个实体模型造型。FDM 使用的材料有 ABS塑料丝、PLA塑料丝、尼龙丝和蜡丝等。相对于其他主流3D打印成型，FDM具有操作简便、工艺简单、环境干净、材料利用率高、生产成本低等优点，因而应用普遍。打印原理如图 1 所示。

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