【悟穎】FDM技術(shù)深度探討（1）—堵頭及結(jié)構(gòu)優(yōu)化

FDM技術(shù)深度探討（1）—堵頭及結(jié)構(gòu)優(yōu)化

    作者：悟穎
     在進去正題之前，我要說一下我對3D打印技術(shù)的理解和看法的題外話：
    關(guān)于3D打印的幾項技術(shù)，和它們的優(yōu)缺點，做一個簡單的論述，F(xiàn)DM是大家最熟識且認知度最高的一種技術(shù)，也有很多人對FDM技術(shù)排斥甚至不屑，含蓄點說是他們對它太了解，直白的說就是他們根本不懂。

    今后這些篇章是基于FDM技術(shù)討論的，3D快速成型技術(shù)已經(jīng)存在很多年這是大家熟知的，比方說FDM就相當于針式打印機，而光固化、激光燒結(jié)就相當于現(xiàn)在在的激光打印機，至于噴墨就不多說了。


    從二維打印機的發(fā)展來看，針式、噴墨、激光打印機等依然是市場的主流，針式打印機是這三類打印機中技術(shù)、結(jié)構(gòu)相對最簡單的一個,但它依然立于市場不敗的地位,事實證明了任何一種技術(shù)都有它絕對優(yōu)勢和不可避免的缺點。


    針式打印機所勝任的工作是激光、噴墨、熱敏打印機等不能及的，比如可以在很惡劣的環(huán)境工作，耗材清潔衛(wèi)生，打印多層可復(fù)印紙……而且大家都知道它的精度和速度遠不如噴墨和激光打印機，甚至有時噪音令人難以接受。


    噴墨打印機速度快精度高，色彩豐富，但是昂貴的耗材和它易損的噴頭是它的缺點，激光打印機優(yōu)勢就很多了但它缺點也很多，比如說：一定壽命后它的激光輥會老化，打印會出現(xiàn)條紋和斑駁現(xiàn)象，如果要更換的話，就要花大把的銀子了。還有就是熱敏打印機，它的打印材質(zhì)比較特殊，不易保存，精度差，但是體型小，便攜度高，成本更低廉，她們各有自己的應(yīng)用場所，對于總體性能上的提高和追求這是必須的。其他二維打印就不說了。


     在現(xiàn)在的辦公場所中針式打印機還不能被取締，所以它得到了很好的發(fā)展雖然它有很多的缺點。同樣的FDM技術(shù)也用自己的優(yōu)勢證明了自己的能力。


    FDM耗材便宜，環(huán)境要求不是很高，結(jié)構(gòu)簡單，門檻較低，越是簡單的機械它的壽命，性能反而是最好的。


    光固化，激光燒結(jié)，LOM它們對環(huán)境要求較高，耗材昂貴不說，耗材殘余難清理而且對環(huán)境污染較高，這就是FDM的市場占有率一直高于其他技術(shù)的原因，說到這讀者應(yīng)該明白我為什么把二維打印技術(shù)列入說明的原因。

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    如果你對FDM還有偏見，我更希望你能讀下去。

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    現(xiàn)在我們進入正題，F(xiàn)DM的技術(shù)框架，環(huán)境，結(jié)構(gòu)，耗材，軟硬件，都與精度息息相關(guān)。精度的要求是任何打印技術(shù)所必須面對和攻克的。想要提高精度，首先我們要理解切片軟件，切片軟件中他們的路徑是完美環(huán)境下生成的，而事實上我們在打印過程中，我們的打印情況與切片軟件是相反的。
    既然如此，我們應(yīng)該迎合切片軟件的完美環(huán)境，進行運行。
    切片軟件不會關(guān)心你的結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定，運行是否流暢，它只會傻瓜式的幫你切出一個完美的模型。剩下的全部交給你的機器完成。


    所以機器本身要承受一個很殘酷的現(xiàn)實問題，來完成打印工作。穩(wěn)定的出絲是很關(guān)鍵的，線材在加熱中會發(fā)生膨脹，在一定環(huán)境下,（如圖左上）線材在受到膨脹后，它會沿著軸向膨脹，如果你的喉管設(shè)計不合理，這必然會導(dǎo)致擠出不流暢，甚至卡絲。在常規(guī)設(shè)計中熱端和冷端的直徑是一樣的，于是當材料受到膨脹后會沿著線材軸向反向溢出，溢出的材料會在冷端和熱段這個過渡區(qū)發(fā)生凝固（冷卻）阻礙理想擠出。很多朋友會誤以為這個堵頭現(xiàn)象，于是你開始查找各種原因，嚴格的說這叫堵管。

    這是經(jīng)我個人經(jīng)驗得出的一個喉管形狀（如圖 ）在這個設(shè)計中高溫區(qū)的直徑是大于喉管進絲區(qū)的直徑，在材料受熱膨脹后，由于熱端直徑大于冷端直徑，從而給它一個膨脹的空間。在推送力和膨脹力的綜合下，擠出變的更流暢。


    當材料順利的通過喉管和噴頭，也許你會發(fā)現(xiàn)材料從噴頭擠出后，材料并不是一條垂線向下移動，而是偏移或螺旋狀移動，這不可怕，可怕的是它粘附在噴頭上，形成推擠，在打印中久而久之會滴落在工件上而冷卻，會與噴頭發(fā)生刮蹭，會導(dǎo)致工件偏移，或脫離構(gòu)建平臺，打印失�。ㄎ覀儧]有擦嘴功能）。這種情況一般是噴孔與喉管不同心導(dǎo)致的，更多的情況是你買來的噴頭設(shè)計的并不合理。
    圖中的實物是國內(nèi)某品牌的機器，很明顯，噴頭上粘附了很多的異物。

    當材料被擠出噴頭后材料會發(fā)生一個瞬間膨脹，然后遇冷空氣突然收縮的情況，在我們沒有恒溫條件的時候應(yīng)該對噴頭做一些設(shè)計（如下圖）材料在擠出噴孔之前需要一段極短的穩(wěn)絲階段，隨后與冷空氣接觸。當材料路過圖中的錐口時不會因環(huán)境的突然變化而發(fā)生不理想的變化。從而我們可以基于這點，更好的控制擠出精度，和尺寸精度。這種設(shè)計的缺點是，在打印收尾之后會出現(xiàn)一個圓點。而優(yōu)點更大于了缺點，圖中的實物是國外某品牌的機器，我曾在臺灣某工廠作業(yè)時，參與過這臺機器的拆裝。這驗證了我的理念，它有擦嘴功能，即使不擦嘴也很少粘附異物。

    但是我們還有很多路要走。


    至于堵頭是什么原因造成的，材料的不純凈是一大原因，但是我們在實際打印的時候并沒有做測試，很多網(wǎng)友以及我個人打印經(jīng)驗即使使用很有保障的品牌耗材也會出現(xiàn)堵頭的現(xiàn)象。最痛心的不是在打印之初，而是在打印之中。我總結(jié)眾多網(wǎng)友的堵頭情況：通常是在各個品牌和類別的材料相互更換后出現(xiàn)的，由于各廠家的材料性能和類別不同，在加熱腔內(nèi)會存有殘余，隨著溫度，時間的推移，它們會累積發(fā)生碳化或其它的物理變化結(jié)界，最終導(dǎo)致堵頭。最常見的是ABS和PLA相互切換，當我們拆開后會可以觀察到很多黑色物質(zhì)。在一些具有研發(fā)能力的企業(yè)中，他們的噴頭加熱腔表面鍍有其它材料，況且他們有自己訂制的材料和專利。


    避免這個堵頭的方式那就是定義一個噴頭的材料限制或者養(yǎng)成一個良好的清理習慣，這是很有必要的。也許你覺得這些是廢話，但是我還是希望對一些朋友有幫助。

    以上的討論只是迎合軟件完美環(huán)境的一個開端。當我們解決了這些問題，下面我們還有很多事情要做。由于時間按有限，今天就說到這。在以后的章節(jié)中會陸續(xù)和大家討論，如果大家感興趣的話會和大家談?wù)劇八徒z機的理想設(shè)計和實現(xiàn)。運動機構(gòu)的合理運行，恒溫的必要性，材料打印前測試，軟硬件的有機結(jié)合……”


    歡迎，拍磚，吐槽，高手（前輩)請以斧正。
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2014-6-3 12:04 上傳

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FDM的技術(shù)，各種限制會比較多。貌似目前已經(jīng)基本到頭了。精度速度都難以提升

我就是用FDM的   希望能看到這種知識的相關(guān)更新

688 發(fā)表于 2014-4-23 17:06
FDM的技術(shù)，各種限制會比較多。貌似目前已經(jīng)基本到頭了。精度速度都難以提升

任何一項技術(shù)只要它得以應(yīng)用，就會顯露出很多的不足。彌補這些不足就是技術(shù)的發(fā)展和更新。車是最典型的交通工具，發(fā)展至今有幾千年的歷史，但仍然進行著各種技術(shù)的創(chuàng)新和突破。如果你感覺車的技術(shù)可以停止的話，我無法想象未來的交通工具是什么樣子、問題的關(guān)鍵不是技術(shù)的發(fā)展，而是應(yīng)用決定的、

悟__穎 發(fā)表于 2014-4-23 17:31
任何一項技術(shù)只要它得以應(yīng)用，就會顯露出很多的不足。彌補這些不足就是技術(shù)的發(fā)展和更新。車是最典型的交 ...

原來你對打印機的噴頭這么有研究的��？
我家的就經(jīng)常堵頭
那豈不是要換掉才好？

現(xiàn)在的打印頭有很多問題，經(jīng)常堵料。煩人。不知道樓主的設(shè)計是否有效

其實我也花了很多的時間和精力去做這方面的改進

anyue333 發(fā)表于 2014-5-6 23:22
其實我也花了很多的時間和精力去做這方面的改進

有什么好的進展的話可以拿來交流啊、

{:soso_e141:}

深入的了解了一番