【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(jìn)去正題之前,，我要說(shuō)一下我對(duì)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(xiàng)技術(shù),，和它們的優(yōu)缺點(diǎn),，做一個(gè)簡(jiǎn)單的論述,，F(xiàn)DM是大家最熟識(shí)且認(rèn)知度最高的一種技術(shù),，也有很多人對(duì)FDM技術(shù)排斥甚至不屑，含蓄點(diǎn)說(shuō)是他們對(duì)它太了解,，直白的說(shuō)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(shuō)FDM就相當(dāng)于針式打印機(jī),，而光固化、激光燒結(jié)就相當(dāng)于現(xiàn)在在的激光打印機(jī),，至于噴墨就不多說(shuō)了,。


    從二維打印機(jī)的發(fā)展來(lái)看，針式,、噴墨,、激光打印機(jī)等依然是市場(chǎng)的主流，針式打印機(jī)是這三類(lèi)打印機(jī)中技術(shù),、結(jié)構(gòu)相對(duì)最簡(jiǎn)單的一個(gè),但它依然立于市場(chǎng)不敗的地位,事實(shí)證明了任何一種技術(shù)都有它絕對(duì)優(yōu)勢(shì)和不可避免的缺點(diǎn),。


    針式打印機(jī)所勝任的工作是激光、噴墨,、熱敏打印機(jī)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(yuǎn)不如噴墨和激光打印機(jī),，甚至有時(shí)噪音令人難以接受。


    噴墨打印機(jī)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(diǎn)，激光打印機(jī)優(yōu)勢(shì)就很多了但它缺點(diǎn)也很多,，比如說(shuō)：一定壽命后它的激光輥會(huì)老化,，打印會(huì)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(jī)，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(chǎng)所,，對(duì)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(shuō)了,。


     在現(xiàn)在的辦公場(chǎng)所中針式打印機(jī)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(diǎn),。同樣的FDM技術(shù)也用自己的優(yōu)勢(shì)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(jiǎn)單,，門(mén)檻較低，越是簡(jiǎn)單的機(jī)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(duì)環(huán)境要求較高,，耗材昂貴不說(shuō)，耗材殘余難清理而且對(duì)環(huán)境污染較高,，這就是FDM的市場(chǎng)占有率一直高于其他技術(shù)的原因,，說(shuō)到這讀者應(yīng)該明白我為什么把二維打印技術(shù)列入說(shuō)明的原因。

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    如果你對(duì)FDM還有偏見(jiàn),，我更希望你能讀下去,。

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    現(xiàn)在我們進(jìn)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(duì)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(shí)上我們?cè)诖蛴∵^(guò)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(jìn)行運(yùn)行,。
    切片軟件不會(huì)關(guān)心你的結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定,，運(yùn)行是否流暢，它只會(huì)傻瓜式的幫你切出一個(gè)完美的模型,。剩下的全部交給你的機(jī)器完成,。


    所以機(jī)器本身要承受一個(gè)很殘酷的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，來(lái)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(huì)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(huì)沿著軸向膨脹,，如果你的喉管設(shè)計(jì)不合理,，這必然會(huì)導(dǎo)致擠出不流暢，甚至卡絲,。在常規(guī)設(shè)計(jì)中熱端和冷端的直徑是一樣的,，于是當(dāng)材料受到膨脹后會(huì)沿著線材軸向反向溢出，溢出的材料會(huì)在冷端和熱段這個(gè)過(guò)渡區(qū)發(fā)生凝固（冷卻）阻礙理想擠出,。很多朋友會(huì)誤以為這個(gè)堵頭現(xiàn)象,，于是你開(kāi)始查找各種原因，嚴(yán)格的說(shuō)這叫堵管,。

    這是經(jīng)我個(gè)人經(jīng)驗(yàn)得出的一個(gè)喉管形狀（如圖 ）在這個(gè)設(shè)計(jì)中高溫區(qū)的直徑是大于喉管進(jìn)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(gè)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(dāng)材料順利的通過(guò)喉管和噴頭,，也許你會(huì)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(dòng),，而是偏移或螺旋狀移動(dòng),，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(huì)滴落在工件上而冷卻，會(huì)與噴頭發(fā)生刮蹭,，會(huì)導(dǎo)致工件偏移,，或脫離構(gòu)建平臺(tái)，打印失�,。ㄎ覀儧](méi)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(mǎi)來(lái)的噴頭設(shè)計(jì)的并不合理,。
    圖中的實(shí)物是國(guó)內(nèi)某品牌的機(jī)器,，很明顯，噴頭上粘附了很多的異物,。

    當(dāng)材料被擠出噴頭后材料會(huì)發(fā)生一個(gè)瞬間膨脹,，然后遇冷空氣突然收縮的情況,，在我們沒(méi)有恒溫條件的時(shí)候應(yīng)該對(duì)噴頭做一些設(shè)計(jì)（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(dāng)材料路過(guò)圖中的錐口時(shí)不會(huì)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(diǎn)，更好的控制擠出精度,，和尺寸精度,。這種設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是，在打印收尾之后會(huì)出現(xiàn)一個(gè)圓點(diǎn),。而優(yōu)點(diǎn)更大于了缺點(diǎn),，圖中的實(shí)物是國(guó)外某品牌的機(jī)器，我曾在臺(tái)灣某工廠作業(yè)時(shí),，參與過(guò)這臺(tái)機(jī)器的拆裝,。這驗(yàn)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?cè)趯?shí)際打印的時(shí)候并沒(méi)有做測(cè)試，很多網(wǎng)友以及我個(gè)人打印經(jīng)驗(yàn)即使使用很有保障的品牌耗材也會(huì)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(gè)品牌和類(lèi)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(lèi)別不同,，在加熱腔內(nèi)會(huì)存有殘余，隨著溫度,，時(shí)間的推移,，它們會(huì)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(jiàn)的是ABS和PLA相互切換,，當(dāng)我們拆開(kāi)后會(huì)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(zhuān)利。


    避免這個(gè)堵頭的方式那就是定義一個(gè)噴頭的材料限制或者養(yǎng)成一個(gè)良好的清理習(xí)慣,，這是很有必要的,。也許你覺(jué)得這些是廢話，但是我還是希望對(duì)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(gè)開(kāi)端,。當(dāng)我們解決了這些問(wèn)題，下面我們還有很多事情要做,。由于時(shí)間按有限,，今天就說(shuō)到這。在以后的章節(jié)中會(huì)陸續(xù)和大家討論,，如果大家感興趣的話會(huì)和大家談?wù)劇八徒z機(jī)的理想設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的合理運(yùn)行，恒溫的必要性,，材料打印前測(cè)試,，軟硬件的有機(jī)結(jié)合……”


    歡迎，拍磚,，吐槽,，高手（前輩)請(qǐng)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(huì)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(shí)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(huì)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(xiàng)技術(shù)只要它得以應(yīng)用,，就會(huì)顯露出很多的不足,。彌補(bǔ)這些不足就是技術(shù)的發(fā)展和更新。車(chē)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(jìn)行著各種技術(shù)的創(chuàng)新和突破,。如果你感覺(jué)車(chē)的技術(shù)可以停止的話，我無(wú)法想象未來(lái)的交通工具是什么樣子,、問(wèn)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(xiàng)技術(shù)只要它得以應(yīng)用,，就會(huì)顯露出很多的不足,。彌補(bǔ)這些不足就是技術(shù)的發(fā)展和更新。車(chē)是最典型的交 ...

原來(lái)你對(duì)打印機(jī)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(wèn)題,，經(jīng)常堵料,。煩人。不知道樓主的設(shè)計(jì)是否有效

其實(shí)我也花了很多的時(shí)間和精力去做這方面的改進(jìn)

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

有什么好的進(jìn)展的話可以拿來(lái)交流啊,、

{:soso_e141:}

深入的了解了一番