简述熔融沉积制造快速成形技术

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熔融沉积制造 〔 FDM-Fused Deposition Modeling〕又称材料选择性溶覆、熔融挤出成模（MEM-Melted Extrusion Molding ）或简称熔积成型。研究这种工艺的主要有Stratasys 公司和Med Modeler公司并且这种技术以美国Stratasys公司开发的产品制造系统应用最为广泛。

    1）工作原理
 

    丝状成型材料和支撑材料由供丝机构送至各自对应的喷头，并在喷头中加热至熔融态，另外加热喷头在计算机的控制下按照相关截面轮廓的信息作X-Y平面运动，同时挤压并控制液体流量，使粘稠液体均匀地铺撤在断面层上。这样成型材料和支撑材料就被选择性地涂彼在工作台上，快速冷却后形成截面轮廓，一层成型完成后，喷头上升一截面层的高度再进行下一层的涂覆如此循环，最终形成三维产品。

    2）系统组成

  以清华大学推出的 MEM--250 为例说明。该制造系统主要包括硬件系统、软件系统供料系统。硬件系统由两部分组成，一部分是以机械运动承载加工为主，另一部分以电气运动控制和温度控制为主。

  机械系统

    MEM--250 机械系统包括运动、喷头、成型室、材料室、控制室和电源室等单元。其机械系统采用模块化设计，各个单元相互独立。如运动单元只完成扫描和升降动作，而且整机运动精度只决定于运动单元的精度，与其他单元无关。因此每个单元可以根据其功能需求采用不同的设计。运动单元和喷头单元对精度要求较高，其部件的选用及零件的加工都要特别考虑。电源室和控制室需要具有防止干扰和抗干扰功能，应采用屏蔽措施。

   基于PC总线的运动控制卡能实现直线、圆弧插补和多轴联动。PC总线的喷头控制卡用于完成喷头的出丝控制，具有超前和滞后动作补偿功能。喷头控制卡与运动控制卡能够协同工作，通过运动控制卡的协同信号控制喷头的启停和转向。

   制造系统配备了三套独立的温度控制器，分别检测与控制成型喷嘴、支撑喷嘴和成型室的温度。为了适应对控制长时间连续工作下高可靠性的要求，整个控制系统采用了多微处理机二级分布式集散控制结构，各个控制单元具有故障诊断和自修复功能，使故障的影响局部化。由于采用了PC总线和插板式结构，使系统具有组态灵活、扩展容量大、抗干扰能力强等特点。

   该系统关键部件是喷头，这里以上海富力奇公司推出的TSJ系列快速成型机（如图3-7所示）为例介绍了一下喷头的结构。喷头内的螺杆与送丝机构用可沿R方向旋转的同一步进电动机驱动，当外部计算机发出指令后，步进电动机驱动螺杆，同时，又通过同步齿形带传动与送料辊将塑料丝送入成型头，在喷头中，由于电热棒的作用，丝料呈熔融状态，并在螺杆的推挤下，通过铜质喷嘴涂覆在工作台上。