张洲++童和平++谢波

摘 要：目前高职院校普遍采用熔融沉积成型技术进行3D打印，该打印机操作简便，但存在工件易翘曲变形和打印平台不易清洁的两大主要问题，本文对现有打印设备进行改良，有效地解决了这些问题，方法简单、实用性强，大大提高了实训效率。

关键词：熔融沉积；3D打印；翘曲变形

1引言

3D打印是目前快速成型领域中最受公众关注且最具生命力的技术之一。为培养出适应社会发展的新型技术性人才，近年来，高职院校普遍开设有关快速成型的课程并配备3D打印设备开展实训。

熔融沉积成型技术（Fused Deposition Modeling，FDM）是通过加热的喷嘴将热塑性丝状材料挤出成型，所用设备成本低，工艺简洁，可用材料种类多，是目前流行的桌面3D打印机采用的主流技术。与大多职业院校一样，我院的实训室选用便携式UP 3D打印机，如图1所示。

目前从设计、材料、工艺三方面研究熔融沉积成形工件质量的人很多，但从设备着手的不多。本文将对本院现有实训设备进行改良，可有效解决学生在实训中遇到的实际问题。

2存在问题

2.1翘曲变形

在FDM过程中，丝材经历了由固态到熔融再到冷却固化三个阶段。在这一过程中由于材料体积收缩而产生的内应力会造成原形的整体变形、翘曲甚至分层。因此，一般室内使用桌面3D打印机制件的翘曲现象十分常见，以平板模型为例，其翘曲变形情况见图2。在其他快速成形工艺中，翘曲变形现象也普遍存在，成为影响成形质量的主要原因之一。

2.2多孔打印板不易清洁

每打印完一个工件，需将工件从多孔打印板中取出。由于工件底部和多孔打印板接触紧密，故将工件取出时需用铁铲等工具将工件底部废料铲出，如图5（a）所示，费时费力，难以彻底清洁干净，进而也会造成下一个打印的工件底部不平，也影响了学生的实训进度。

另外，在后续2.1中，将多孔打印板的固定方式改为螺钉固定后，虽然大大改善了工件翘曲变形的问题，但使得多孔打印板的拆装变得麻烦些。

3解决方法与结果对比

3.1工件翘曲变形的解决方法和前后结果对比

在FDM过程中，多孔打印板与工件接触的部位迅速升温，温度变化最大；而离工件较远的周边温度升温较慢，温度变化小。且打印板是采用弹簧式平台固定卡的固定方式，如图3所示，因而打印板温度变化不均匀加上固定不牢固，造成打印板翘曲变形从而导致工件翘曲变形。

此外，影响翘曲变形的因素多而复杂，为排除打印过程中设计、材料和工艺方面对翘曲变形的影响因素，我们对同一工件（口哨）采用相同打印材料和相同的优化参数，仅改变打印平板的固定方式，将弹簧式平台固定卡更换成螺钉固定方式，如图5（a）所示，该固定方式更加牢固，有效地防止了打印板因温度变化而产生翘曲变形的现象，从而改善工件的翘曲变形。前后结果对比如图4所示。

3.2多孔打印板清洁的解决方法和前后结果对比

原设备中的打印平台为多孔打印板，熔融的材料沉积到平台的小孔中，使得工件底部与打印板紧密连接在一起，不易分离。故将胶纸贴在打印板上，完全隔离工件与打印板，将工件粘在胶纸上，待工件打印完毕，直接将胶纸从打印板上撕掉，再重新贴上新的一张胶纸，准备下一次打印。

胶纸价格低廉，使用方便且省去了清洁板的清洁工序，实用性强。前后结果对比如图5所示。

4结语

本次设备改良方法简单、成本低、操作简单、实用性强，能有效解决熔融沉积成形工件翘曲变形和多孔打印板不易清洁的问题，大大提前了学生的实训效率，提高了学生动手学习的积极性。此方法同样适用于其它3D打印设备。图6是学生的部分实训成果。

参考文献：

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