熔融沉积成型（FDM）3D 打印技术具有打印机结构简单、操作方便、成型速度快、材料种类丰富且成本低等诸多优点，FDM 3D 打印技术已经越来越多地应用于各个领域，是目前应用领域广、成熟度高、应用价值大和前景广阔的3D 打印技术。

1 技术原理[1]

熔融挤压沉积成型是将丝状热熔性材料（如蜡，ABS，尼龙等）加热熔化，通过带有微细喷嘴的喷头挤出。喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，材料沉积到指定层面凝固，并与前一层材料熔接。一个层面沉积完成后，工作台按预定的增量下降一个层面高度，继续沉积，直至完成整个实体成型。

熔融挤压沉积成型采用喷头内安装的电阻式加热器将热塑性材料加热成液态，并根据片层参数控制加热喷头沿断面层扫描，同时挤压并控制液体流量，使粘稠液体均匀地沉积在断层面上。其关键部件为具有两个喷嘴的喷头，其中一个喷嘴用于挤出成型材料，另一个用于挤出支撑材料。

2 技术发展情况

韩江[2]等通过分析FDM成型工艺，设计了加工试验模型。其主要工作为：通过对工艺参数的数学建模分析，推导出有关尺寸误差以及表面精度误差产生的原因及具体误差函数。在对表面精度误差函数的分析基础上，再确定工艺参数值。基于3D 打印机与上位机建立熔融沉积（FDM）3D 打印机试验平台，其设计了基于正交试验法的FDM打印机参数优化方案。并得出工艺参数的最优组合以及影响的主次顺序，再次利用试验验证了参数分析和优化结果的正确性。

迟百宏[3]等认为虽然3D 打印技术在塑料加工领域的影响力越来越大，但3D 打印制品依然存在强度不足等问题。其通过实验ABS 及PLA 试样的拉伸强度及断裂伸长率，分析了FDM技术中构建取向对塑料制品力学性能的影响，也通过对比实验研究了FDM技术制品与传统注塑制品在力学性能上的差异。其结果表明，通过不同构建取向的试样呈现各向异性，其中ABS试样明显大于PLA 试样的影响。其得出结论是合理的构建取向可以提高制品的力学性能，并接近于传统工艺例如注塑工艺所得水平。今后可以在构建取向上进一步研究其对力学性能的影响。

高士友[4]等则以提高不同填充率的制品的力学性能为目标，其以类Delta 并联式打印机等更高精度的试验器材为对象，以固定参量实施FDM打印工艺，来制备不同的样品，并分别通过拉伸试验，弯曲试验，压缩试验来验证，分别得到拉伸、压缩应力- 应变曲线和弯曲载荷- 位移曲线。并研究了3D 打印试件的抗拉强度、断裂伸长率、抗拉刚度、所承受的最大弯曲载荷和抗压强度等性能。其试验结果表明，填充率是影响3D 打印试件变形失效和力学性能的关键因素，其规律为伴随着填充率的增加，试件的强度和刚度明显提高，而且同心线填充试件抗拉强度和断裂伸长率最大，直线形填充的刚度要优于同心线填充和格子形填充的刚度。

余旺旺[5]等采用熔融沉积方法制备标准样条，以挤出成型制备聚乳酸线材，研究了层积角度、打印层厚度和填充密度对打印产品的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度和表面形貌等性能的影响。其结果表明，沉积角度为0°打印的产品，力学性能低于沉积角度为45°的产品，而打印层厚度也是影响因素之一，其中0.2mm 产品的力学性能稍高于层厚为0.1mm 的产品；至于弯曲强度和冲击强度方面，则是随着填充密度的增加而增加。

专利文献CN A 提出一种FDM 打印产品支撑结构，包括打印产品悬空部位下方的支撑结构，其中支撑结构包括至少一层支撑区域，每层支撑区域均具有网格结构，且下层支撑区域网格间距大于上层支撑区域网格间距。该专利以支撑结构的尺寸参数确定FDM设备的打印参数，并使用逐层渐变式网格支撑结构，具有有效节省支撑结构的材料、减少打印支撑结构消耗的时间的优势，而且，还能够保证打印产品不塌陷。

专利文献CN A 提出一种FDM 喷头温度控制结构，包括有挤料喷头和进料组件，所述进料组件的下端固定连接有预热腔，所述预热腔的外侧壁固定安装有加热块。该FDM 喷头温度控制结构，由于中心分管和加热丝配合，直接加热轴线处融化状态不好的打印材料，使得打印材料的温度分布更加均匀，另外其提高了加热效率，相对减少了能量消耗，同时该发明将加热分成两端，上部分温度较低，进而对更上方的进料口的温度影响也较低，减少了对进料口的影响；还有，由于加热效率得到提高，加热段便可以相应缩短，从而减少设备尺寸，使其质量更轻，在打印过程中获得更加灵活，控制更加容易，打印精度更高的效果。

文章来源：《材料研究学报》 网址: http://www.clyjxbzz.cn/qikandaodu/2021/0107/499.html