熔融沉积3D打印设备研究进展

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.02.022

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (2): 157-171.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.02.022

熔融沉积3D打印设备研究进展

杨钦杰¹, 李佳汶¹, 李明³, 陈刚¹, 李光照¹, 彭必友¹, 韩锐¹^,²()

^1.西华大学材料科学与工程学院，成都 610039
^2.电子科技大学光电科学与工程学院，成都 610054
^3.中材科技（成都）有限公司，成都 611434

收稿日期:2021-07-14 出版日期:2022-02-26 发布日期:2022-02-23
通讯作者: 韩锐（1988—），男，副教授，主要从事聚合物基复合材料、聚合物结构与性能设计、材料仿真模拟与分析研究，ruihan_harry@163.com
E-mail:ruihan_harry@163.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(51703182);四川省科技计划项目(2017JY0137);四川省教育厅科研项目(17ZB0412)

Research progress in fused deposition modeling 3D printing equipment

YANG Qinjie¹, LI Jiawen¹, LI Ming³, CHEN Gang¹, LI Guangzhao¹, Peng Biyou¹, HAN Rui¹^,²()

^1.College of Materials Science and Engineering，Xi Hua University，Chengdu 610039，China
^2.College of Optical Science and Engineering，Electronic Science and Technology of China，Chengdu 610054，China
^3.Sinoma Science & Technology（Cheng du）Co，Ltd，Chengdu 611434，China

Received:2021-07-14 Online:2022-02-26 Published:2022-02-23
Contact: HAN Rui E-mail:ruihan_harry@163.com

摘要/Abstract

摘要：

阐述了3D打印技术的种类，介绍了熔融沉积成型（FDM）技术的原理、特点及其目前存在的问题；从控制方法（温度控制、运动控制、路径控制）和运动机构（送料机构、喷嘴、运动机构）两个方面系统综述了国内外FDM 3D打印设备的最新研究进展；最后，指出了目前FDM 3D打印设备所面临的挑战及需要解决的问题，展望了FDM 3D打印设备未来的发展方向。

关键词: 熔融沉积, 3D打印, 设备, 研究进展

Abstract:

This review briefly introduced the basic principle and classifications of 3D printing technology， and the mechanism， advantages， and current problems of fused deposition modeling （FDM） technology were discussed. The state?of?the?art in FDM 3D printing devices was systematically summarized from two aspects of control methods， including temperature control， motion control， and path control and motion mechanism， including feeding mechanism， nozzle， and motion mechanism. Finally， the current challenges and problems in the FDM 3D printing equipment were proposed， the future development direction of FDM 3D printing equipment was prospected.

Key words: fused deposition molding, 3D printing, device, research progress

中图分类号:

TQ320.5

杨钦杰, 李佳汶, 李明, 陈刚, 李光照, 彭必友, 韩锐. 熔融沉积3D打印设备研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 157-171.

YANG Qinjie, LI Jiawen, LI Ming, CHEN Gang, LI Guangzhao, Peng Biyou, HAN Rui. Research progress in fused deposition modeling 3D printing equipment[J]. China Plastics, 2022, 36(2): 157-171.

图/表 10

3D打印技术	常用材料	优点	缺点	精度/µm
FDM	热塑性聚合物	设备简单，成本低	材料种类少，制件表面质量低	50~200
光固化成型	光敏树脂	打印精度高	成型速度慢，设备及材料昂贵	10
选择性激光烧结	金属粉末	制件强度高，支撑易剥离	成型速度慢，设备昂贵	80~250
喷墨打印	墨水	能成型大型制件，打印速度快	制件表面质量低	5~200
分层实体制造	陶瓷	成本低，成型速度快	尺寸精度差	取决于层压板厚度

表1 常用3D打印技术

Tab.1 Typical AM techniques

图1 FDM技术原理

Fig.1 Schematic diagram of FDM

图2 模糊自适应PID控制系统

Fig.2 Fuzzy adaptive PID control system

图3 改进后的齿轮驱动送料机构

Fig.3 Improved gear?driven feeding mechanism

图4 连续纤维挤出方案

Fig.4 Continuous fibre extrusion solution

图5 螺杆式送料机构

Fig.5 Screw feeding mechanism

图6 改进设计后的喷嘴及打印制件

Fig.6 Improved design of nozzles and printed parts

图7 典型运动机构

Fig.7 Typical motion mechanism

运动机构	优点	缺点
卡迪尔结构	结构稳定，空间利用率高	结构较复杂，装配难度大
Delta结构	结构简单，占地面积小	打印精度低，空间利用率最低
龙门结构	开放式结构利于维护	结构装配精度低

表2 典型运动结构的特点

Tab.2 Characteristics of typical motion mechanism

图8 改进后的运动机构

Fig.8 Improved motion mechanism

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熔融沉积3D打印设备研究进展

Research progress in fused deposition modeling 3D printing equipment

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