熔融沉积成型 (FDM) 是最广泛使用的技术之一3D打印技术这是一种增材制造工艺，通过逐层沉积材料来制造物体，使用加热的挤出头熔化热塑性长丝，例如PLA（聚乳酸）、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）和其他材料。自20世纪80年代发明以来，FDM因其成本效益和易用性，已成为原型设计、教育和小规模生产的热门选择。本文将探讨FDM背后的原理、其优缺点及其各种应用。
熔融沉积成型（FDM）原理
FDM 的工作原理相对简单直接。该工艺始于一个 3D 数字模型，通常使用计算机辅助设计 (CAD) 软件创建。然后，该模型被转换为 3D 打印机可以识别的文件格式（通常是 STL）。打印前，将数字模型切成薄层，打印机将在制造过程中对其进行处理。逐层叠加打印，最终构建出最终的实体。打印机收到切片模型后，FDM 打印机会开始将一卷热塑性长丝加热至熔点。然后，长丝通过加热的喷嘴挤出，并沉积到打印床上。喷嘴沿着 X、Y 和 Z 轴移动，遵循切片模型定义的路径，材料在冷却过程中固化。随着打印过程的持续，打印机逐层打印出物体。材料粘附在上一层，层层叠加，最终形成一个实体物体。这种逐层沉积的工艺正是 FDM 与减材制造工艺（从实体块中去除材料）的区别所在。FDM 工艺在某些情况下需要支撑结构，尤其是在悬垂结构或复杂几何形状的情况下。这些支撑通常采用与打印件相同的材料制成，并且可以在打印完成后移除。
熔融沉积成型 (FDM) 的优势
1.成本效益： FDM 的主要优势之一是价格实惠。与其他 3D 打印技术（例如选择性激光烧结 (SLS) 或立体光刻 (SLA)）相比，FDM 打印机通常更便宜。此外，FDM 打印使用的热塑性材料价格相对低廉，使其成为业余爱好者、小型企业和教育机构的理想选择。
2.易于使用：FDM 打印机因其用户友好的界面和简单的操作而广受认可。该过程无需复杂的后处理步骤或繁琐的设置，非常适合 3D 打印经验不足的用户。许多 FDM 打印机已预先组装好，设置起来通常非常轻松。
3.材料选择广泛：FDM 提供丰富的热塑性材料选择，包括 PLA、ABS、尼龙、TPU（热塑性聚氨酯）等。这些材料的强度、柔韧性和耐温性各不相同，用户可以根据自身需求选择最合适的材料。此外，还提供复合丝材，其中加入了碳纤维或金属颗粒等其他材料，以增强性能。
4.快速成型：FDM 尤其有利于快速成型。工程师、设计师和制造商可以快速制作功能性原型，用于测试形状、配合度和功能，从而加快设计迭代速度。这显著缩短了开发时间和成本，尤其是在速度至关重要的行业。
5.定制：FDM 可以轻松定制设计，是打造独一无二或小批量独特物品的理想之选。与传统制造方法不同，FDM 无需昂贵的模具或工装，即可创建复杂的几何形状。
6.支持小批量生产：FDM 技术适用于小规模生产，为大规模生产提供了一种更灵活、更经济的替代方案。这使其成为限量版产品、备件或小批量生产的理想选择。
熔融沉积成型（FDM）的缺点
1.较低的分辨率和细节：与 SLA 或 SLS 等其他 3D 打印技术相比，FDM 打印的部件分辨率通常较低。打印件表面可能存在明显的层线，这可能会导致表面粗糙。可能需要进行打磨或平滑等后处理来改善表面质量。
2.强度限制：虽然 FDM 中使用的热塑性塑料相对较强，但它们并不总是像通过其他制造方法生产的材料那样耐用或坚固。例如，FDM 打印件的强度可能会沿着层线受到影响，使其在压力下更容易断裂或分层。
3.有限的材料性能：尽管 FDM 可以使用多种材料，但某些特殊材料（例如高温合金或高强度合金）无法使用。这使得 FDM 不适合需要极端材料特性的应用，例如航空航天或某些汽车部件。
4.打印时间：FDM 打印可能需要相当长的时间，尤其是对于大型或复杂的物体。由于该过程是逐层构建的，因此速度可能很慢，尤其是与喷墨打印或基于树脂的方法等其他技术相比。
5.支撑结构：对于具有悬垂结构或复杂内部腔体的复杂几何形状，FDM 需要支撑结构，这会增加材料用量和后处理时间。虽然可以使用可溶性支撑材料，但这会增加打印过程的总体成本和复杂性。
熔融沉积成型 (FDM) 的应用
1.原型设计：FDM 最常见的应用之一是原型制作。设计师和工程师使用 FDM 快速制作可测试和迭代的功能原型。FDM 的速度和成本效益使其成为产品开发早期阶段的理想选择。
2.教育背景：FDM 因其价格实惠且易于使用，在教育机构中得到广泛应用。它为学生和教育工作者提供了探索设计和制造理念的机会，以及为科学、工程和艺术项目创建模型的机会。
3.DIY和家庭项目：FDM 在业余爱好者和 DIY 爱好者中广受欢迎，因为它可以让你在家中创建定制的零件、工具和设计。低成本 3D 打印机的普及，让个人和小型企业家能够轻松获得先进的制造技术。
4.制造和小批量生产：FDM 可用于小规模生产定制零件或产品，例如替换零件、专用工具和定制产品。这对于需要小批量生产或快速周转的行业尤其有用。
5.医疗保健：FDM 在医疗保健领域拥有广泛的应用，例如生产定制医疗植入物、假肢以及用于手术规划的解剖模型。FDM 能够制作患者专属模型，从而提供个性化的治疗方案。
6.航空航天和汽车：尽管受到材料特性的限制，FDM 仍用于航空航天和汽车工业的零件快速成型，以及辅助制造过程的工具和夹具的生产。
结论
熔融沉积成型 (FDM) 是一种用途广泛且应用广泛的 3D 打印技术，它彻底改变了快速成型、产品开发和小规模制造。凭借其经济高效、易于使用和材料灵活性，FDM 已成为各行各业的宝贵工具。尽管它存在一些局限性，尤其是在分辨率和材料强度方面，但它的优势使其成为从原型设计到 DIY 项目和小批量生产等众多应用的理想选择。随着 3D 打印技术的不断发展，FDM 很可能仍将是各行各业定制化功能性物品的重要制造方法。
