探讨FDM3D打印机研究以及其适用材料思考

2016-10-29陈宗旭

山东工业技术 2016年19期

关键词：聚乳酸熔融成型

陈宗旭

（泉州信息工程学院机电系，福建泉州 362000）

探讨FDM3D打印机研究以及其适用材料思考

陈宗旭

（泉州信息工程学院机电系，福建泉州 362000）

本文就FDM 3D打印机展开分析，深入了解其适用的材料，以期为之后人们操作提供参考依据。

FDM；3D打印机；适用材料

0 引言

FDM3D打印机属于一种能打印真是三维物体的设备，和以往单一的加工技术存在很大差异，主要经逐层增加相应的材料，最终形成3D实体。而FDM3D打印机所开展的分层操作流程、操作技术原理和喷墨打印有很多相似之处，与传统制造技术相比，FDM3D打印技术的速度较快、方便操作等优势较明显。鉴于此，深入了解FDM3D打印机及其适用材料非常有必要。

1 FDM3D打印机研究

我国大部分3D打印机在制作以及选取材料方面，主要选择成本相对较低的FDM熔融层积成型技术。其作用机制主要在计算机的控制之下，按照电脑内截面的轮廓信息，对各种线材做加热融化处理，最终成型的一个过程。在3D打印机中，打印头属于打印质量与可靠性的核心部件，包括2个功能，一根据要求来完成送丝的精度，其次经加热将送出丝熔化成熔融状态，之后经喷头完全挤出，其驱动通常应用步进马达，以便确保送丝量精准。

1.1 送丝部件

FDM3D打印机内的料丝经V沟轴承将料丝直接压制的驱动的轮齿上，使马达于整个驱动电路的控制之下进行转动，且经驱动的齿轮来带动整个料丝朝前送料，经马达转动角度来控制送料量。

1.2 挤出头

当导料管接收到步进马达所送出的材料时，受发热块的加热作用影响，使料丝先在管料管中软化，至挤出头部位后，完全处在熔融的状态下，最后料丝进入，将处于熔融状态下的料直接从挤出头下方的小孔中挤出，以致形成熔丝。

2 FDM3D打印机适用材料

2.1 熔融层积成型技术

熔融层积成型技术针对材料的要求较高，主要有：熔融温度偏低，为便于加热；且粘接性、粘度、流动性等较好，有利于把材料完全挤出。因材料流动性非常差，在挤出过程中，需非常大的送丝压力，这样会加大喷头启动、停止的时间，进而对成形精度造成影响。同时，对于材料收缩率也有一定的要求，因其会对最后产品质量产生影响，按照FDM3D打印机要求，当前符合其需求的材料有塑料、尼龙丝、石蜡及熔点较低的材料与陶瓷、金属等。市场上比较常见的材料主要有：聚乳酸、ΑBS塑料、铸蜡及人造橡胶等，而聚乳酸与ΑBS塑料属于经常使用的材料［1］。

2.2 聚乳酸

FDM3D打印机在选择适用材料时，需按照相关标准进行选用，如选择经常使用的聚乳酸，其应用效果非常显著。此种材料主要经饱含淀粉质的玉米，经当代生物技术进行加工处理后，可生成透明、无色液体，即乳酸，之后经对其进行特殊聚合反应后形成颗粒状的高分子材料，即聚乳酸。具体应用包括以下方面：

第一，聚乳酸材料属于一种全新的生物降解材料，对ΑBS材料相比，其环保性较强，不会伤害让人们的身体，且属于一种可再生资源，如经提取玉米中的淀粉原料进行制作。聚乳酸材料在应用过程中，其机械性能和物理性能较好，可用于热塑、吹塑等加工手段，其可降解性非常好，广泛应用于医药领域中，例如，可以生产出一次性的输液用具、手术缝合线，且一些低分子的聚乳酸可当做药物包装剂。第二，乳酸除具备可降解的塑料特性以外，还拥有独特性。以往的生物可降解的塑料所具备的透明度、强度、气候转变抵抗能力均高于普通塑料。聚乳酸的透明度、光泽性非常好，与应用聚苯乙烯制作的薄膜相差不大，是很多生物可降解难以提供的［2］。此外，聚乳酸的抗拉强度与延展度也非常好，能够经各种加工手段进行生产，如经熔化挤出后可成型、注射以及吹膜成型等，和当前应用的聚乳酸成形条件大体相似。

2.3 ABS塑料

FDM3D打印机适用材料中的ΑBS塑料属于当前产量较大，且使用范围非常广泛的一种聚合物，它主要是把PS、BS、SΑN等不同性能整合起来，以兼具韧性、刚性、硬性等互相加均衡的热血、优良力学、化学以及电学性能。ΑBS塑料中的3个字母主要代表丙烯腈、丁二烯、苯乙烯，具体应用表现如下：

第一，ΑBS塑料属于一种综合性能比较好的树脂，在较为宽广的温度区域内，其冲击强度、热变行的温度、表面强度等均高于PΑ与PVC，且尺寸的稳定性非常好。通常情况下，ΑBS塑料所呈现的状态时不透明的，而经过着色且加工制作之后，可形成光泽度较高的一种色泽制品，其电镀级外表面能够做真空镀膜及电镀等相关装饰，不会产生任何刺激性的气味，燃烧速度非常慢。第二，在燃烧过程中，火焰颜色呈黄色，会出现大量的黑烟，且燃烧过程中，会先出现软化之后烧焦，最后才会发出刺鼻肉桂气味，并不会发生熔融滴落的情况。不会溶解在大多数醇类以及烃类的溶剂中，而易溶解在酯、醛及部分氯代烃内，流动的特性属于牛顿流体，而ΑBS塑料熔体内部的流动性往往优于PC与PVC［3］。第三，ΑBS塑料在应用时，其熔体的粘度和所加工的温度、剪切的速率均有直接联系，但是针对剪切的速率表现非常敏感。因其具备较好的力学性能，能够在较低温度的环境下应用，所制作的成品若被损坏，通常使拉伸损害。然而ΑBS所弯的曲强度与压缩的强度在塑料当中非常差，其力学的性能容易受温度所影响其热学的性能与其他类型相比相对较好，可在零下40摄氏度℃时，还可表现较好的韧性，且在零下40℃-80℃温度间长时间应用。所热变形的温度大约在75℃-104℃之间，制品在经退火的处理之后，可提升大约8-10℃。此外，ΑBS塑料对于剪切速率、温度非常敏感，但ΑBS塑料作为一种无定形的聚合物，其熔点并不明显，熔体的粘度非常高且耐候性非常差，在紫外线的照射下会出现变色，同时不会受到湿度、频率及温度等影响，所应用的环境较为广泛。