摘要：在3D打印领域中存在各式各样的打印技术，熔融式3D打印是应用范围最广，使用范围最大的技术之一。本文通过对熔融式3D打印机工作时的工作原理分析，然后研究熔融式3D打印在制作生活中常用的各类模型时会出现的问题和考虑到的技术要点。以此更好的满足人们使用熔融式3D打印机打印模型的需求。
关键词：3D打印；3D模型；熔融式
如今，大量3D打印技术被推向市场。但因为受技术和材料价格等多方面的限制，现在市面上最广泛应用的3D打印技术为熔融式3D打印技术。熔融式3D打印不仅有制作工艺简单，操作简单，可材料成本低等特点，而且打印时要考虑到的技术问题相对较少。许多的相应制造企业和有使用相关需求的学校和个人使用熔融式3D打印机用来进行常用模型的制作和开发。本文通过分析熔融式3D打印机的工作原理，研究熔融式3D打印机打印常用模型时的常见问题，归纳总结出一些打印操作方法和技术技巧。
一、熔融式3D打印
熔融式3D打印机工作的原理并不复杂，先将相应的打印材料以成卷状的方式放入机器内部之后，通过内部机械机构将打印材料头部输送至喷丝头，然后进行特定的方式进行加温操作，先进行预热处理，使得此处的打印材料在喷丝头处于熔融状态，当达到相应温度之后，及表明打印可以开始。然后导入打印模型中的相关文件后，在计算机代码和三自由度的机械结构作用下，熔融式3D打印机喷丝头沿着指定轨迹到达相应位置，提高喷丝头处温度，使得输送打印材料融化流出，融化后的材料在到达打印板之后迅速凝固粘黏。喷丝头不断地在打印板上方移动，当完成一个维度的打印之后，喷丝头向上移动继续打印使打印材料堆切在原有打印件的上一层。然后不断地进行重复操作，最后打印出完整的模型之后，打印机停止对喷丝头的加热，然后缓慢冷却之后，即可拿出打印完整的3D打印模型。
二、制作常用模型的技术方法
熔融沉积工艺在3D打印各类工艺中应用最广泛，但在部分模型制作中仍存在不少技术难题和自身局限性。使用熔融式3D打印机，通过多次实验测试，观察打印效果，分析打印问题，总结出熔融式3D打印机制作部分模型时需要注意的技术操作要点。
1.设计打印底座
在打印之前，设计和绘制模型图纸之后，自行设计一个3D打印底座，3D打印底座的好处是可以使得当打印模型的初始面不是很规则平整时，可以使模型拥有支撑而不至于在打印过程中出现歪斜的情况。虽然在打印模型的过程中，当初始打印面过小时，机器内部会自动进行识别设置打印底座，但机器自动设置的模型底座存在部分缺陷。在部分模型中，机器自动设计的打印底座会与模型紧密相连，在完成打印之后，无法对其进行分离最终使得打印出的模型报废，无法使用。自行设计的打印底座，在充分考虑过模型的稳定性，连接处的易分离等特点之后，在模型打印完成与底座分离之后，可以尽量确保模型的完整性、准确性。
2.了解打印材料的剩余量
在打印常用模型的时候，要考虑模型的大小尺寸等要求是否符合现在的打印要求。如果模型的尺寸过大，且打印机中剩余的打印材料不足，就会出现打印的模型不完整，无法进一步打印的现象。这样最终会使得模型无法完成。需要从头放入打印材料预热后重新打印，这样不但损害材料，而且还浪费时间。最好的方法是对于打印机进行设置，检测打印的材料是否足够进行完整的模型打印，这样当打印材料不足时，可以在打印前发现问题。
3.设置公差。
为一些特定的零件设置一定且合理的公差。在一些特殊模型的制作过程中，由于材料的限制和打印机可能存在的误差等问题，对此类模型进行打印，在最终完成可能会使得模型无法满足实际中的使用要求，出现问题。特别是像机械这类的零件中涉及到的配合时，比如当打印一个螺孔时，按实际要求打印，会导致打印出来的螺孔会出现相比于实际要求更大的情况使得，无法达到使用要求。因此对于这类零件需要设置一定的公差，使得最终打印出来的模型达到使用要求。
4.调整打印方向。
每个模型在导入打印机之后都能进行初始打印面的调节和选择。根据不同模型的形状和大小，打印初始面选择需要进行充分的考虑与权衡。打印选择初始面的不同，会导致打印出来的模型质量有很大的差距。比如对于一个长杆模型的打印，横着打印与立着打印效果差距很大。立着打印因为不稳定，机器会自动建立各种支撑，使得最终打印出来的模型在分离支撑之后，形状出现变化。打印时对于各个面的选择要尽量选择表面平整，接触面合适的面，然后考虑模型的重心要相对较低，这样能使得打印出的模型质量更好。
三、3D打印技术的应用
熔融沉积塑型对于这项技术，主要作为一种新型的3DP技术，并且也是应用较为广泛的一种增材制造技术，这种类型的打印机加热喷头是受到计算机进行控制的，其中打印的材料主要是为丝状的热塑性聚合物，原材料将会被一个牵引轮的装置直接的运送到喷头，在经过加热以及软化和熔化后，从喷头所挤出来的粘结一直到工作台面上，之后快速的进行冷却并且固化，每一层的截面完成后工作态度将会下降一层的高度上，之后在继续下一层的造型，如此进行重复，一直到完成整个实体的造型，同时每层的厚度要根据其喷头挤丝的直径大小来进行确定的。
增材制造能够制造新的和独特的结构，通常不能使用标准加工技术实现。材料挤出3D打印技术，如熔融沉积建模（FDM）、喷嘴沉积直接打印、熔融绘图或成型，由于高热跃迁，与金属或热塑性塑料（如半结晶聚酯）一起使用。挤压和成型添加剂制造工艺通常按需以刀具路径方式沉积熔融样品。颗粒印刷技术，如选择性激光烧结（SLS）使用聚合物粉末构建支架。这些技术分别烧结特定的层来构建三维支架。另一种常用的脚手架增材制造技术是光聚合，如SLA。与材料挤出和SLS相比，使用数字掩模投影设备（DMD）一次制造整个层的能力在打印速度上提供了优势。总制造时间取决于印刷件的尺寸、所需的整体特征分辨率、高度层厚度和照片聚合物固化动力学。来自掩模投影SLA的光一次固化一层，与分别在材料挤压或SLS/SLA中固化一层的喷嘴或激光光栅形成对比。
四、结束语
在3D打印机的所有类型中普及度最高，使用最广的便是熔融式3D打印机。因为熔融式3D打印不仅工艺简单而且材料便宜，拥有各种优点。本文通过对熔融式3D打印机在打印中过程中可能需要考虑的问题进行分析，提出了一些解决方法和思路，确保保证模型在打印过程中能够更为的顺利，更好的完成打印。通过总结这些技术问题，希望拥有有关使用需求的人可以以此为参照，设计并打印出自己理想的模型。
五、参考文献
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[4]王琛,訾然,陆雪亿,于嘉浩.基于熔融沉积3D打印技术的家具模型制作技术要点[J].艺术科技,2019,32(09):35.
作者简介：王晓亮(1986)，男(汉族)，天津市，天津工业大学，工程师，研究方向：机械，控制工程