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FDM型3D打印机结构设计

一 引言

FDM 3D打印（Fused Deposition Modeling）是一种工艺熔融沉积制造技术，由美国学者Scott Crump于1988年研制成功。FDM的材料一般是热塑性材料，即物质在加热时发生流动变形，冷却后可以保持一定的形状不变。如蜡，ABS,尼龙等。并且都是加热后变成丝状供料，喷头沿着计算机设计的填充轨迹运动，同时将加热熔化的材料挤出，材料迅速凝固，并与周围的材料凝结。用这样的方式应用于工业设计，可以在短时间内完成一个模具的打印。^[1]

图1 国内生产的FDM型3D打印机

二 国内外相关研究

1.发展概况

FDM有着多方面的优势，不仅在工业上广泛使用，而且在生物医学，考古，工艺品和饮食行业也得到较好的应用。在生物医学领域，根据扫描得到的人体数据，利用FDM 3D打印技术得到的人体局部组织或器官的模型，可以在临床上用于复杂手术方案的确定，即制造出解剖学体外模型，已经成为生物制造工程的一项关键领域。^[2][3]在工艺制造上，FDM可以将所需要设计的三维数据模型快速转变成实体模型，以此来检验设计的产品的安全性和美观性等。在饮食行业，3D Systems公司宣布于著名巧克力品牌好时（kisses）合作，开发全新的食物3D打印机，通过将巧克力，糖果等零食熔化挤压成型，最终打印成所需要的形状。^[4]

随着环境问题的日益加重，研究人员也越来越关注材料的环保性，积极研发环境友好型的打印材料，一种由玉米或木薯等植物中提取出的淀粉加工而成的材料——聚乳酸，与传统的石油基塑料相比，这种材料更为安全，低碳，绿色，是可再生的生物资源，被认为是新世纪最有发展前景的新型“生态材料”。^[5]