FDM 3D打印技术详解：熔融挤出与粘附力研究

FDM（Fused Deposition Modeling，熔融沉积建模）技术是当前桌面3D打印领域中最常见的一种工艺，它的核心原理是通过将塑料丝送入加热的挤出头，使塑料丝在高温下熔化，然后逐层堆积形成三维模型。这种技术特别适合于快速原型制作和个人 DIY 项目，因为它易于操作且成本相对较低。 在 FDM 打印过程中，材料的粘合效果至关重要。当材料A处于液态，而材料B为固态时，两者可以实现良好的分子间作用力结合，使得表面全面接触，形成的结构强度较高。然而，当两者的状态都是固态，且具有不同的热膨胀系数时，由于温度变化导致的尺寸变化，接触面可能会发生相对位移，这会导致部分脱离，粘合力减弱。 作者易瑜进行了一系列实验来探讨这些现象。例如，他们使用铝板作为基底，通过对比未打磨和经过打磨的区域，观察到未处理的区域在200℃下，PLA（聚乳酸）更容易被剥离；而在打磨过的区域，需要更大的力量才能分开，表明表面处理对塑料丝的粘附力有显著影响。同样，实验还涉及了不同粗糙度的喉管壁对塑料丝冷却后粘附性的影响，发现粗糙的表面会增加摩擦阻力，而使用光滑的材料如铁氟龙，由于其与塑料的物理特性差异，粘附效果较差。 在实际操作中，温度控制也极为关键，特别是在考虑材料的热膨胀系数时。比如，实验中提到的金属材料如铍、铝、锑和铅，它们的线性热膨胀系数各不相同，这会影响金属零件在打印过程中的尺寸精度，因此需要精确控制打印温度，以减小由于热膨胀引起的误差。 FDM技术在3D打印中的应用涉及了材料科学、热力学、机械工程等多个领域，通过对细节的深入理解，可以优化打印过程，提高打印质量，从而更好地满足设计者的需求。同时，传感器在这个过程中起着监控和调整温度的重要作用，确保每一层塑料丝的精准融化和沉积。