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FDM 熔融沉積成型：3D打印如何走進千家萬戶

FDM，是目前應用很廣泛也很深入民間的技術。數字光處理技術與SLA相似，在文中我會詳細跟大家講解兩者的不同之處。該技術不涉及激光、高溫、高壓等危險環節，是成本較低的3D打印技術。FDM早由美國Stratasys公司的創始人Scott Crump發明，2009年FDM技術關鍵專利到期，很多人可以參與改進這項技術，于是FDM不斷進化，使得3D打印機變得更為便宜、輕便，3D打印機開始逐漸進入普通人的生活。全球巨大的桌面級3D打印公司之一MakerBot就是基于此項技術迅猛發展起來的。

FDM工藝的關鍵是保持從噴嘴中噴出的、熔融狀態下的原材料溫度剛好在凝固點之上，通常控制在比凝固點高1℃左右。如果溫度太高，會導致打印物體的精度降低，模型變形等問題；如果溫度太低，則容易導致噴頭被堵住，導致打印失敗。

FDM工藝的打印機會需要使用兩種材料：一種用于打印實體部分的成型材料；另一種用于沉積空腔或懸臂部分的支撐材料。光固化工作原理光固化成型（StereoLithographyAppearance，SLA或SL）主要是使用光敏樹脂作為原材料,利用液態光敏樹脂在紫外激光束照射下會快速固化的特性。切片軟件會根據待打印模型的外形，自動計算決定是否需要為其添加支撐。支撐還有一個目的是建立基礎層。即在正式打印之前，先在工作平臺上打印一個基礎層，這樣可以提供一個精準的基準面，還可以使打印完成后的模型更容易剝離。

SLA立體光固化成型工藝

自上而下還是自下而上？

在早期的SLA技術中，光源都是位于樹脂槽上方（Top），每固化一層，打印平臺會向下移動(down)，所以稱為Top down結構，也稱為自由液面式結構。在鑄造生產中，對于一些形狀復雜的鑄件，模具的制造是一個巨大的難題。在這種結構中，固化發生在光敏樹脂和空氣的界面上，所以如果使用丙l烯酸類樹脂，就可能有強烈的氧阻聚效應，導致打印失敗。同時，由于固化發生在光敏樹脂的液面，所以打印高度與樹脂槽深度有關：如果需要打印一個1米高的打印件，就需要1米深的樹脂。每次打印時，所需要的樹脂遠多于固化的樹脂。這樣可能造成浪費，也給更換不同種類的樹脂帶來了不便。自由液面式結構的SLA打印機一般都需要加裝液面控制系統，成本較高。這樣就是為什么我們一般只在工業級SLA上看到自由液面式結構。

SLS原理

選擇性激光燒結（Selective Laser Sintering, SLS）技術由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的C.R. Dechard發明，主要是利用粉末材料在激光照射下高溫燒結的基本原理，通過計算機控制光源定位裝置實現精l確定位，然后逐層燒結堆積成型。FDM應用用途零件FDM技術可以直接制造要用的用途零件，其精度可以媲美注塑成形。

SLS的工作過程與3DP相似，都是基于粉末床進行的，區別在于3DP是通過噴射粘結劑來粘結粉末，而SLS是利用紅外激光燒結粉末。燒結好的制件再經高溫后續處理，一方面去除制件中的有機黏合劑，另一方面提高制件的力學強度和耐熱強度。先用鋪粉滾軸鋪一層粉末材料，通過打印設備里的恒溫設施將其加熱至恰好低于該粉末燒結點的某一溫度，接著激光束在粉層上照射，使被照射的粉末溫度升至熔化點之上，進行燒結并與下面已制作成形的部分實現黏結。當一個層面完成燒結之后，打印平臺下降一個層厚的高度，鋪粉系統為打印平臺鋪上新的粉末材料，然后控制激光束再次照射進行燒結，如此循環往復，層層疊加，直至完成整個三維物體的打印工作。