叠加的魅力 3D打印之熔融沉积成型技术

二、FDM系统材料

    材料是3D打印技术的关键所在，对于FDM来说也不例外，FDM系统的材料主要包括成型材料和支撑材料，成型材料主要为热塑性材料，包括ABS、PLA、人造橡胶、石蜡等；支撑材料目前主要为水溶性材料。

1、成型材料

    成型材料是利用FDM技术实现3D打印的载体，对其粘度、熔融温度、粘结性、收缩率等方面均有较高的要求，具体要求如下：

FDM技术对成型材料的要求性能具体要求原因粘度低材料的粘度低，流动性好，阻力就小，有助于材料顺利挤出。材料的流动性差，需要很大的送丝压力才能挤出，会增加喷头的启停响应时间，从而影响成型精度。熔融温度低熔融温度低可以使材料在较低温度下挤出，有利于提高喷头和整个机械系统的寿命，可以减少材料在挤出前后的温差，减少热应力，从而提高原型的精度。粘结性高FDM工艺时基于分层制造的一种工艺，层与层之间往往是零件强度最薄弱的地方，粘结性好坏决定了零件成型以后的强度，粘结性过低，有时在成型过程中因热应力会造成层与层之间的开裂。收缩率小由于挤出时，喷头内部需要保持一定的压力才能将材料顺利挤出，挤出后材料丝一般会发生一定程度的膨胀。如果材料收缩率对压力比较敏感，会造成喷头挤出的材料丝直径与喷嘴的名义直径相差太大，影响材料的成型精度，FDM成型材料的收缩率对温度太敏感，否则会产生零件翘曲、开裂。

    总结起来，FDM对成型材料的具体要求是熔融温度低、粘度低、粘结性好、收缩率小。根据上述特性，目前市场上主要的FDM成型材料包括 ABS、PC、PP、 PLA、合成橡胶等。

    ABS材料。ABS是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，为五大合成树脂之一，具有抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。

    支撑材料。顾名思义是在3D打印过程中对成型材料起到支撑作用的部分，在打印完成后，支撑材料需要进行剥离，因此也要求其具有一定的性能，目前采用的支撑材料一般为水溶性材料，即在水中能够溶解，方便剥离。具体特性要求如下表：

FDM技术对支撑材料的要求性能具体要求原因耐温性耐高温由于支撑材料要与成型材料在支撑面上接触，所以支撑材料必须能够承受成型材料的高温，在此温度下不产生分解与融化。与成型材料的亲和性与成型材料不浸润支撑材料是加工中采取的辅助手段，在加工完毕后必须除掉，所以支撑材料与成型材料的亲和性不应太好。
 溶解性具有水溶性或者酸溶性对于具有很复杂的内腔、孔隙等原型，为了便于后处理，可通过支撑材料在某种液体里溶解而去支撑。由于现在FDM使用的成型材料一般是ABS工程塑料，该材料一般可以溶解在有机溶剂中，所以不能使用有机溶剂。目前，已开发出水溶性支撑材料。熔融温度低具有较低的熔融温度可以使材料在较低的温度挤出，提高喷头的使用寿命。流动性高由于支撑材料的成型精度要求不高，为了提高机器的扫描速度，要求支撑材料具有很好的流动性，相对而言，对于粘性可以差一些。

    总结起来，FDM对支撑材料的具体要求是能够承受一定的高温、与成型材料不浸润、具有水溶性或者酸溶性、具有较低的熔融温度、流动性要好等。