3D打印那些事儿(一)FDM技术
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随着2012年桌面3D打印机价格的急速下降,“3D打印” 这个概念掀起一波又一波的媒体宣传热潮,越来越多人对3D打印有了浓厚的感兴趣,却又不是很清楚购买了一台桌面3D打印机之后将面临什么。这一次,小编就带大家用文字走一遍从购买桌面3D打印机之后到最终打印出一个成品之间的距离。这个过程可能即没有多数3D打印机厂家宣传的那样简单,也没有很多刚开始接触3D打印概念的朋友想象的那样难。
相信看这篇文章的朋友多数对3D打印都有了最初步的了解。在这篇文章里,小编将3D打印机的概念仅仅局限在基于目前最流行的FDM(熔融沉积)技术的那些桌面3D打印机,例如我们耳熟能详的:Makerbot,Cube,Ultimaker,Up!等等。其他类型比如光敏树脂啊,3DP粉末床啊,激光烧结啊,金属陶瓷啊神马的回头另开帖子哈。
首先简单介绍一下所谓的FDM(熔融沉积)技术:在本篇文章中FDM仅指将塑料线材送进一个挤出式喷头,经喷头加热熔化之后挤出,然后迅速冷却固化的打印过程。在此种打印过程中,喷头皆由电脑辅助制造(CAM)软件控制,再数字化控制的机械中通过X, Y轴的移动来将从喷头中挤出的塑料线材打印出一层,再通过Z轴的移动来到下一层,不停重复此过程,便可以使打印材料层层堆积,从而成型(如下图所示)。
了解了FDM技术,我们就可以了解3D打印机上最关键的几个功能元件:
1. 送料器+热端喷头:
其实送料器就是几个齿轮+一个步进电机,它的作用很简单,就是将塑料线材推送进热段喷头中,然后再将加热(200摄氏度左右)后熔化了的液态塑料从喷头中挤压出去。打印喷头的喷嘴直径决定挤出的塑料丝的粗细,影响打印精度。目前主流的喷嘴直径为0.3mm到0.4mm。(通常我们需要通过电脑程序控制步进电机的速度和转动方向,以及热段喷头的温度来控制这个功能元件的正常运行)。
2. 喷头的移动支架:
移动支架用于控制喷头的移动。目前最常见的喷头移动支架仅支持喷头在一个二维平面 (即X和Y轴) 上的移动,再通过控制打印平台在Z轴上的向下移动来实现三维打印。当然,也有一些打印机是让喷头仅做线性(X或Y轴)运动,而让打印平台做二维运动的。
3. 打印平台或称构建平台:
打印平台分为带加热平台和不带加热平台两种,打印ABS塑料需要用带加热平台的打印平台,而PLA塑料则不需要(见后文对两种打印塑料的介绍)。打印平台的材质,平整度,和稳定性都会大大影响打印质量,尤其是在打印体积较大的物品的时候,所以请大家在选择的时候要特别注意打印平台的材质和质量。
(本文作者:方片3)
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