3D打印技术之FDM

FDM是“Fused Deposition Modeling”的简写形式，即为熔融沉积成型，这种快速原型工艺是一种不依靠激光作为成型能源、而将各种丝材（如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等）加热熔化进而堆积成型方法，简称FDM。FDM技术出现在二十世纪八十年代末期。1988年，科特克鲁姆普发明了FDM（熔融沉积成型技术），次年科特克鲁姆普成立了Stratasys公司，FDM成型技术已被Stratasys公司注册专利。1992年，第一台基于熔融沉积成型技术的3D打印产品出售。

Stratasys创始人

熔融沉积成型的原理如下：加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动，热塑性丝状材料由供丝机构送至热熔喷头，并在喷头中加热和熔化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓。一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层"画出"截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。

简化结构图

动态图

FDM是目前3D打印机使用较广的技术，同时FDM成型技术已被Stratasys公司注册专利。基于FDM成型技术的机型在中国甚至世界3D打印机市场占有较大的比例。

这种技术不用激光，使用、维护简单，成本低。用ABS制造的原型因具有较高强度，在产品设计、测试与评估等方面得到广泛应用，近年来又开发出PC，PC/ABS，PPSF等更高强度的成形材料，使得该技术有可能直接制造功能性零件。

1、操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。（没有毒气或化学物质的危险，不使用激光）

2、工艺干净、简单、易于材作且不产生垃圾。

3、尺寸精度较高，表面质量较好，易于装配。可快速构建瓶状或中空零件。

4、原材料以卷轴丝的形式提供，易于搬运和快速更换。

5、原材料费用低，一般零件均低于20美元。

6、材料利用率高。

7、可选用多种材料，如可染色的ABS和医用ABS、PC、PPSF、浇铸用蜡和人造橡胶。

缺点：

1、精度较低，难以构建结构复杂的零件。做小件或精细件时精度不如SLA，最高精度0.127mm。

2、与截面垂直的方向强度小。

3.成形速度相对较慢，不适合构建大型零件

由于这种技术具有一些显著优点，该技术发展极为迅速，目前FDM系统在全球已安装快速成形系统中的份额大约为30％。当然这个数据多数还是处于桌面级和消费级的水平上的，下面就为大家盘点一下国内外生产FDM的厂家。

国内：

1.北京弘瑞—— Z500

成型技术：熔融堆积FDM

成型耗材：PLA，ABS，HIPS，PVA，PE，PP，PETG，木屑，木质，碳纤维，尼龙，变色和渐变色

打印尺寸：360x350x560mm

定位精度：XY轴：0.01mm，Z轴：0.0025mm

操作系统：Windows全系列、Mac OS

文件格式：STL，OBJ，DAE，AMF，BMP，JPG，JPEG，PNG，G，GCODE

机器尺寸： 57x53x130cm,69x65x150mm（包装尺寸）

产品重量：70kg，80kg（包装）

产品特点：全封闭成型室，恒温，静音

2.北京太尔时代—— up

成型技术：熔融堆积FDM（官方介绍是MEM热熔挤压）

成型耗材：PLA，ABS

打印尺寸：360x350x560mm

定位精度：XY轴：0.01mm，Z轴：0.0025mm

操作系统：Win XP/Vista/7/8 、Mac OS

文件格式：STL，OBJ，DAE，AMF，BMP，JPG，JPEG，PNG，G，GCODE

机器尺寸： 57x53x130cm,69x65x150mm（包装尺寸）

产品重量：70kg，80kg（包装）

产品特点：智能支撑技术，支撑自动生成，打印平台校准，打印平台校准，自动调平，自动设置喷头高度，打印平台加热，加热平台配多孔板，平均工作噪音：55dB（A）

3、深圳极光尔沃A-8

成型技术：熔融堆积FDM

成型耗材：PLA，ABS

打印尺寸：350×250×300mm

打印精度：0.05-0.3mm

操作系统：Windows，Lunis，Mac

文件格式：STL，OBJ，G-Code

机器尺寸： 59×45×57cm

产品重量：32kg

产品特点：超大的打印尺寸，打印过程中打印速度随时可调，喷嘴和热床温度可调。轻松打印复杂模型，打印精度高、速度更快，适合手板要求较高的客户

4、浙江闪铸科技—— Creator Pro创造者

成型技术：熔融堆积FDM

成型耗材：ABS/PLA/HIPS/PVA及闪铸品牌耗材

打印尺寸：227×148×150mm

打印精度：0.1-0.2mm 定位精度：Z轴：0.0025mm，XY轴：0.011mm

操作系统：Windows xp/Vista/7 、 Linux 、Mac OX

文件格式：STL/OBJ/SD卡读X3G格式

机器尺寸： 48×33.8×38.5cm （亚克力罩高200mm）

产品重量：15kg

产品特点：全封闭金属机身，结构稳定、打印精度高，稳定双喷头结构，支持双色及多种耗材打印，可打印复杂支撑结构

5、珠海西通金星

成型技术：熔融堆积FDM

成型耗材：ABS塑料、PLA、橡胶纤维、尼龙长丝、加强玻璃

打印尺寸：260x145x150mm

打印精度：0.1-0.5mm 定位精度：XY轴：0.011mm，Z轴：0.0025mm

操作系统：Windows XP/7/8

文件格式：STL，GCO

机器尺寸： 32×38.1×46.7cm

产品重量：14.5kg

产品特点：打印双喷头设计，可打印包括橡胶纤维尼龙长丝加强玻璃等在内的打印材料，支撑更易剥离，全金属材质质感比较不错

6、Allcct 印客

成型技术：熔融堆积FDM

成型耗材：ABS，PLA，PVA

打印尺寸：200×200×200mm

打印精度：0.1mm定位精度：XY轴：XY轴：0.01mm，Z轴：0.006mm

操作系统：Windows全系列 、Mac

文件格式：AMF，STL，OBJ

机器尺寸： 450×450×550cm

产品重量：15kg

产品特点：单双喷头可选，全封闭机身结构，四向开启设计，全金属不锈钢钣金一体成型机框，专用打印喷头及快速更换式喷头组件，可支持U盘、SD卡打印，定制版3D打印软件及驱动程序，打印机运动组件（注塑超钢（POM）支架和激光切割铝板），耐高温矽胶信号线，超粗台湾上银丝杆加滑轨，全彩触屏操控，断电续打，断料检测。

当然这只是国内部分的厂家，笔者能力有限，未能整理全部，例如国内江苏永年激光、陜西恒通、湖南华曙高科，以下是国内FDM技术的综合（信息来于南极熊3D打印）

国外：

1、Stratasys（由于他们家是做FDM起家的，所以机器型号太多，不便一一赘述，附上官网以便了解http://www.stratasys.com.cn/）这里给大家介绍最基础的一款——uPrint SE Plus

成型技术：熔融堆积FDM

成型耗材：ABSplus，颜色可为象牙色、白色、蓝色、荧光黄、黑色、红色、油桃色、橄榄绿或灰色

支撑方式：WaterWorks™水溶性支撑

打印尺寸：203 x 203 x 152 mm

层厚：0.254 mm或 0.330 mm

操作系统：Windows XP/Windows 7

携带软件：CatalystEX

文件格式： STL

机器尺寸：

具有一个材料仓的 uPrint SE Plus：宽 x 深 x 高为 635 x 660 x 787 mm，重量为 76 kg

具有两个材料仓的 uPrint SE Plus：宽 x 深 x 高为 635 x 660 x 940 mm，重量为 94 kg

产品特点：因为本身就是做FDM起家，因此这款打印机的工作效率或者精度，以及可以使用的范围都毋庸置疑，这款是该桌面级系列的加强版，外观很好看。

唯一的缺点就是，恩，大家都懂的。

2、Makerbot Replicator

其实真正意义上这家公司应该也是属于上面那家公司的牌子，但是人家自己做的好，无论是国内还是国外市场占有量相当高，因此还保持着独立运营。

成型技术：熔融堆积FDM

成型耗材：ABS，PLA，PVA

打印尺寸：252×199×150mm

打印精度：0.1mm定位精度：XY轴：XY轴：0.01mm，Z轴：0.006mm

操作系统：Windows7 、Linux 、Mac OS

文件格式：AMF，STL，OBJ

机器尺寸： 450×450×550cm

产品重量：15kg

产品特点：单双喷头可选，全封闭机身结构，四向开启设计，全金属不锈钢钣金一体成型机框，专用打印喷头及快速更换式喷头组件，可支持U盘、SD卡打印，定制版3D打印软件及驱动程序，打印机运动组件（注塑超钢（POM）支架和激光切割铝板），耐高温矽胶信号线，超粗台湾上银丝杆加滑轨，全彩触屏操控，断电续打，断料检测。

3、3D systems Cube pro

成型技术：熔融堆积FDM

成型耗材：ABS，PLA，水溶性自然色PLA，尼龙

打印尺寸(双头)：229×273×241mm

打印精度：0.2mm定位精度：XY轴：XY轴：0.01mm，Z轴：0.01mm

操作系统：Windows xp / 7 / 8 、Mac OS

文件格式： STL、cube

机器尺寸： 578x578x591mm

产品重量：36kg

产品特点：此款打印机包含单头，双头，三头三种型号，最高支持两种材料+三色打印，并且拥有桌面级打印机最大的打印尺寸，可以通过iOS、Android、Windows版cubify应用程序进行移动打印。直观无线彩色触屏，快于同类型打印机两倍的打印速度，让其在桌面级打印机占据一席之地。但是缺点同样明显，你们懂的。

下面是FDM技术打印的模型

材料篇——

FDM材料可以是丝状热塑性材料，常用的有蜡、塑料、尼龙丝等。首先，FDM材料要有良好的成丝性；其次，由于FDM过程中丝材要经受“固态-液态-固态”的转变，故要求FDM在相变过程中有良好的化学稳定性，且FDM材料要有较小的收缩性。

对于气压式FDM设备，材料可以不要求是丝状，可以是多种成分的复合材料。

1、ABS塑料丝

ABS是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS，SAN，BS的各种性能

有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学、热学、电学和化学性能。适用于料丝自加压式送丝喷头结构和螺旋挤压式送丝喷头。

2、PLA

饱含淀粉质的玉米经过现代生物技术可生产出无色透明的液体—乳酸，再经过特殊的聚合反应过程生成颗粒状高分子材料—聚乳酸（PLA）。PLA是一种新型的生物降解材料，相对ABS来说属于一种环保材料，对人的身体没有什么伤害，它是一种使用可再生的植物资源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。其机械性能及物理性能良好，适用于吹塑、热塑等各种加工方法。

FDM系统价格和技术成本低，体积小，无污染，能直接做出ABS制件，但生产效率低，精度不高，最终轮廓形状受到限制。

FDM的工艺特点，可以制作复合材料的快速成型制件，如磁性材料和塑料粉末经过FDM喷头成型特殊形状的磁性体，可以实现各向异性，各层异性，不同区域不同性能。这是模具成型所不能实现的。在3D的打印技术中，FDM的机械结构最简单，设计也最容易，制造成本、维护成本和材料成本最低，因此成为国内投入生产最多的工艺方式。它主要以ABS和PLA为打印材料，这两种材料成本低，打印适性好，很快成为3D打印材料市场的主流。相信随着3D打印工艺和材料的不断研发，技术会更先进、品种和成本会更有优势， 3D打印技术对工业制造业的革命性变革影响正在日益凸显。

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