田口方法在熔融沉積成形中的應(yīng)用與展望

萬昌杰，耿燕飛，馮逸超，金佳賢，吳偉民，張偉杰，方鐵輝

溫州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 浙江溫州 325035

1 序言

增材制造（Additive Manufacturing，AM）又稱3D打印[1，2]，是利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）、通過逐層添加材料來制造三維零件的先進(jìn)制造技術(shù)[3]。AM技術(shù)使得材料加工成形擺脫了模具的束縛，最大程度地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)制造一體化，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)所建模型的實(shí)時(shí)修改，極大地縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期，節(jié)約研發(fā)成本，特別適用于產(chǎn)品的個(gè)性化定制，以及傳統(tǒng)加工工藝難以或無法成形的特殊、復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的制造[4]。美國材料與試驗(yàn)學(xué)會(huì)（ASTM）將增材制造技術(shù)分為以下7種：黏結(jié)劑噴射、材料擠出、材料噴射、薄片層疊、光固化、粉末床熔融和定向能量沉積[5]。

熔融沉積成形（Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM）技術(shù)是眾多增材制造工藝中的一種，由于其具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、制作成本低、材料利用率高及可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，在AM領(lǐng)域中已經(jīng)成為最流行技術(shù)之一[6]。因此，F(xiàn)DM常應(yīng)用于生物醫(yī)療、航空航天、汽車零件制造和建筑等行業(yè)方面[7,8]。打印材料主要有聚碳酸酯（PC）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚乳酸（PLA）和聚酰胺（PA）等[9,10]。FDM技術(shù)的成形原理如圖1所示。由圖1可知，將三維模型導(dǎo)出到切片軟件中進(jìn)行切片分層，利用噴頭將材料熔融并按照分層切片的輪廓軌跡在平面移動(dòng)擠出和凝固成形，完成一層的打印，之后逐層堆積，最后形成一個(gè)逐層黏結(jié)的物體。

圖1 FDM技術(shù)的成形原理[11]

盡管FDM具有廣泛的制造潛力，但其應(yīng)用仍受到限制，因?yàn)樵霾闹圃炝慵馁|(zhì)量和力學(xué)性能取決于工藝參數(shù)的選擇，3D打印結(jié)構(gòu)的各向異性和不同參數(shù)選擇的敏感性使得工藝參數(shù)非常關(guān)鍵[12-16]。……