3D 打印入门

什么是FDM 3D打印？

熔融沉积成型（FDM）是全球家庭中使用最广泛的3D打印形式。该工艺涉及将熔融热塑性材料逐层挤出，每层在下一层添加之前冷却并固化。

FDM是一种增材制造方法，与数控铣削等减材工艺相对。FDM不从实心块中切削材料，而仅使用零件本身所需的材料，悬垂部分除外需要支撑结构。打印完成后这些支撑会被移除并丢弃。

FDM打印的独特性主要体现在三个关键方面：所用材料、将3D模型转换为G-code指令的切片软件，以及挤出系统。其它组件如电机和控制板并非FDM独有，而是许多数字制造方法共有的部件。

FDM打印的优势

FDM打印被认为是最经济且最易获得的3D打印方法之一。与SLA或树脂打印等其它技术相比，设备和材料更具成本效益。尽管近年来树脂打印机的价格有所下降，但它们通常具有更小的构建体积、消耗品更昂贵，且总体上对用户不够友好。

FDM可用的材料种类繁多。选项包括柔性耗材、碳纤维混合料、尼龙、聚碳酸酯、耐紫外线和耐候材料。许多高温材料也可获得，但通常需要封闭且主动加热的环境。市场上有数百种不同的耗材，每种都具有强度、柔韧性和热阻等独特特性——只要打印机配备兼容的挤出器和喷头，几乎可以找到适用于任何应用的材料。

与基于树脂的打印工艺相比，FDM也更清洁且更易使用。它避免了有毒化学品的处理，通常需要更少的后处理。这使得FDM对初学者更友好，也更适合休闲或家庭使用。

理解FDM打印中的轴向运动

在FDM 3D打印中，轴的命名对于有几何或一般机械背景的人可能不太熟悉。X轴使工具左右移动，Y轴使其前后移动，Z轴控制垂直运动。尽管看起来可能违反直觉，但这种命名约定在3D打印社区中是标准的。

最常见的轴配置基于笛卡尔（Cartesian）和CoreXY设计。笛卡尔打印机每个轴由自己的步进电机独立控制。通常构建平台在Y方向移动，而喷头在X方向移动。整个滑架在Z方向移动。这类打印机常被称为“床挂式（bed slinger）”。

“床挂式”打印机的俯视图

一些机器（例如Ender 5系列）使用笛卡尔风格的电机运动但具有垂直移动的构建平台。为简便起见，这些通常被归类为“龙门式”打印机。一般来说，床在Z轴垂直移动的打印机被视为龙门式，而床在Y轴前后移动的则被认为是笛卡尔式，或更通俗地称为“床挂式”。

CoreXY机器的不同之处在于X和Y轴通过由两个步进电机驱动的皮带系统实现同步。这可带来更平滑的运动、减少Z轴晃动并提高稳定性——尤其在更快打印时。由于这些优势，CoreXY打印机正越来越受欢迎，并出现在如Bambu Lab X1和P1系列等机型中。

诸如A1和A1 Mini等打印机继续采用笛卡尔风格配置，被称为“床挂式”。

Delta打印机基于完全不同的原理，使用三个呈三角形排列的臂来定位喷头于打印床上方。虽然它们可以实现高速打印和优秀的打印质量，但需要更高的机架，体积比笛卡尔或CoreXY方案更大。这类机器因占用空间和设置要求较高而较少被使用，但它们能够达到出色的打印效果。

挤出器类型：直驱与Bowden

FDM打印机使用两种挤出器类型之一：直驱或Bowden。直驱挤出器将耗材直接从安装在打印头上的电机输送到热端。相反，Bowden挤出器使用远程电机通过PTFE管将耗材推进到热端。

Bowden系统减轻了打印头的重量，从而允许更快的移动。然而，它们在处理像TPU（弹性耗材）这样的材料时可能表现不佳，且常需对回抽设置进行精确调校以避免拉丝。直驱挤出器提供更好的精度、更容易使用柔性材料，并通常具有改进的挤出控制。

近期行业进展（例如振动补偿）已使直驱系统在重量方面的不利影响变得不那么明显。因此，越来越多制造商开始提供具有直驱配置的经济型号，而Bowden配置正在变得不那么常见。

阅读更多关于 挤出器.

总结

• 熔融沉积成型（FDM）是一种增材3D打印工艺，通过逐层挤出熔融热塑性材料，使每层固化后再添加下一层。

• 与数控铣削等减材方法不同，FDM只使用零件所需的材料以及临时支撑，因而高效且废料少。

• FDM打印取决于三个主要因素：耗材、产生G-code的切片软件和挤出系统；像电机这样的其它组件与其它制造类型共享。

• 它是最经济且最易获得的3D打印方法，提供广泛的材料选择，包括柔性、增强和高温耗材，适用于爱好者和专业人士。

• FDM打印机具有多种运动系统：笛卡尔（“床挂式”）、龙门式、CoreXY（皮带驱动同步以实现更平滑运动）和Delta（三角臂定位以获得速度与精度）。

• 挤出器要么是直驱（电机安装在热端以便更好控制柔性耗材），要么是Bowden（远程电机以减轻重量、实现更快移动），现代改进倾向于直驱以提高通用性。