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一、引言
3D打印技术是集机械工程、计算机、CAD、逆向工程技术、分层实体制造技术、数控技术及新材料等多位一体的先进制造技术，开发应用前景广泛，被视为推动人类第三次工业革命的新技术。所谓的3D打印是将零件的三维CAD模型经过分层处理，利用打印机进行逐层打印堆叠，最终得到实体模型的过程。根据逐层打印的原理，3D打印技术也可分为多种成型工艺，常见的有：光固化成型（SLA）、选择性激光烧结（SLS）、熔融沉积制造（FDM）、三维印刷成型（3DP）等。
其中，熔融沉积制造（FDM）工艺应用最为广泛，其工作原理是将丝状的热熔性材料加热熔化后通过微细喷头挤出，按切片模型逐层沉积黏结。FDM型的设备制造成本低、易操作，虽打印精度稍差，但所使用耗材便宜、设备维护简单，总体性价比高，因此受到了广大用户的青睐。
FDM型工艺的技术越来越成熟，无论从设备制造精度还是控制软件上都有很大的进步，尽管如此，对使用者来说，使用过程中依然会遇到很多问题。本文就FDM型3D打印机常用材料在使用过程中常遇到的问题提出相应的解决方法，为使用者提供一定的借鉴。
二、常用材料简介
FDM型工艺所使用的材料基本为热塑性塑料，选用时除满足基本的性能要求外，还应具备一定的机械性能及收缩率以满足工艺要求。材料可分为支撑材料和成型材料，ABS和PLA就是常见的成型材料，在FDM型工艺上使用最多。
1.ABS材料
ABS塑料是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体共聚而成的聚合物，具有良好的物理和机械性能，极好的尺寸稳定性。ABS打印时开始软化温度为105℃，喷头打印温度为210～240℃，加热板温度为80℃以上。
2.PLA材料
PLA是一种新型的生物降解材料，不污染环境。其具有较低的收缩率，打印大尺寸模型时稳定性较好。PLA材料的熔化温度为145～160℃，喷头打印温度为180～200℃，加热板温度为60～70℃。
三、常见的问题及其解决方案
FDM型3D打印机在使用中，通常会遇到很多问题：有部分为机器引起的，可适当对机器进行整修解决；有部分为材料性质所带来的，通常是不可避免的，但可通过分析，采用一些简单的方法降低影响。
1.材料选用原则
ABS和PLA两种材料的稳定性都很好，能适用于各类模型的打印。通常情况下，大多采用PLA材料，因PLA材料为可再生可降解材料，无污染且性价比高，PLA材料更容易打印，出现底部局部翘起、层间裂痕、底层与平台脱离等现象的可能性更小，打印的成品率更高。
但若模型使用场合有要求的话，如高温环境、受力挤压等有实际用途而不单是模型的情况下，一定要选用ABS材料，因其机械性能如耐低温性、抗冲击性等都比PLA好，并且ABS能侵入少量丙酮，发生化学反应，使模型表面变得更加光滑，渗入的丙酮也可作为粘结剂能使层与层之间更加牢靠。
无论是ABS或PLA材料打印的模型，都可用3D打印表面处理液进行表面处理，提高模型表面光洁度，且能提高模型的硬度，是一种非常不错的模型后处理方法。
2.材料收缩问题
ABS和PLA材料都有一定的收缩性，但都要求收缩率越小越好，太大的话容易产生内应力，会导致模型变形如局部翘起、层间裂痕等。
ABS材料遇冷收缩率更大，打印时，一定要使用加热板，且温度可适当调高，在密闭空间进行打印，保持一定的温度可减少局部翘起和层间裂痕的现象，特别是在打印大模型和长时间打印的情况下，更应该采取措施进行保温。此外，使用ABS材料打印时，模型底层很容易与打印平台发生脱离现象，这都是ABS材料遇冷收缩的性质引起的。
而PLA材料的收缩率小一点，对打印环境要求则没那么严苛，常温开放的环境下依然可以进行，但一般还是会使用加热板，确保底层与平台不会发生脱离的现象。
3.材料断丝、堵塞喷头问题
材料在使用过程中发生断丝、堵塞喷头的现象都与材料的性质有关。ABS和PLA材料都为丝状、卷成卷的形态供打印机使用，抽丝过程中容易发生断裂，与其弯曲强度有直接关系。ABS材料弯曲强度稍高点，一般不易断丝，但PLA材料则不同，稍有撞击或弯折就会断裂，弯曲强度较低。为避免断丝现象，丝材抽出部分最好用合适的塑料软管套住，或外加抽丝装置，确保抽丝顺畅。长时间不使用时注意好材料的防潮，密封保存，避免撞击。
ABS和PLA材料在熔化状态下都能很顺畅的从喷头中挤出，流动性都比较好，但都具有一定的附着和延展性，喷头长时间加热使用时，材料容易在喷头（特别是全金属制喷头）附近粘结，造成堵塞现象。此种情况在使用PLA材料时更容易出现，PLA材料熔化温度低，从固态直接熔化成液态进行打印，延展性好，更容易附着在喷头上，可适当降低喷头温度或在喷头处涂抹润滑油都可有效抑制喷头堵塞现象的发生。
4.其他问题
ABS材料和PLA材料在熔化状态下都会散发出味道。特别是ABS材料会有一股强烈的刺鼻味，闻起来特别不舒服，而PLA材料散发着一股香甜的味道。但无论是哪种气味，长时间吸入都会令人感到不适，打印产生气味是不可避免的，因此一定要保持室内良好的通风条件。
拉丝是指打印过程中，喷头在不需要挤出材料的情况下依然有材料流出，造成模型上附着了许多蛛丝状的细丝。虽然打印机都设置了回抽功能，但熔化的材料流动性好，想瞬间控制材料停止挤出还是比较困难的，想要减轻拉丝现象，可适当降低喷头的打印温度。
四、结束语
ABS和PLA是FDM型桌面打印機常用的耗材，材料的性能有些许差别，使用过程中由此引起的打印问题也是比较常见的。了解材料的特性，选用合适的材料、采取相应的措施能有效地提高模型打印的成品率。打印模型常出现的局部翘起、层间裂痕、断丝、堵塞喷头、气味、拉丝等问题，文章针对ABS和PLA材料都做出了相应的问题分析，提供了简单的解决方案，对使用者有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1]杨继全，郑 梅，杨建飞，等.3D打印技术导论[M].南京：南京师范大学出版社，2016.
[2]郭宇鹏.FDM桌面型3D打印机的整体设计及成型工艺研究[D].太原：中北大学，2017.
[3]周伟民，闵国全.3D打印技术[M].北京：科学出版社，2016：78-80.
[4]关 雷，史子木，武 坤.桌面3D打印机工作台贴面材料分析[J].浙江工贸职业技术学院学报，2016（1）：42-44.
[5]文 成，徐少华，安芬菊，等.FDM三维成型样品缺陷的工艺分析与研究[J].制造技术与机床，2017（5）：116-120.
3D打印技术是集机械工程、计算机、CAD、逆向工程技术、分层实体制造技术、数控技术及新材料等多位一体的先进制造技术，开发应用前景广泛，被视为推动人类第三次工业革命的新技术。所谓的3D打印是将零件的三维CAD模型经过分层处理，利用打印机进行逐层打印堆叠，最终得到实体模型的过程。根据逐层打印的原理，3D打印技术也可分为多种成型工艺，常见的有：光固化成型（SLA）、选择性激光烧结（SLS）、熔融沉积制造（FDM）、三维印刷成型（3DP）等。
其中，熔融沉积制造（FDM）工艺应用最为广泛，其工作原理是将丝状的热熔性材料加热熔化后通过微细喷头挤出，按切片模型逐层沉积黏结。FDM型的设备制造成本低、易操作，虽打印精度稍差，但所使用耗材便宜、设备维护简单，总体性价比高，因此受到了广大用户的青睐。
FDM型工艺的技术越来越成熟，无论从设备制造精度还是控制软件上都有很大的进步，尽管如此，对使用者来说，使用过程中依然会遇到很多问题。本文就FDM型3D打印机常用材料在使用过程中常遇到的问题提出相应的解决方法，为使用者提供一定的借鉴。
二、常用材料简介
FDM型工艺所使用的材料基本为热塑性塑料，选用时除满足基本的性能要求外，还应具备一定的机械性能及收缩率以满足工艺要求。材料可分为支撑材料和成型材料，ABS和PLA就是常见的成型材料，在FDM型工艺上使用最多。
1.ABS材料
ABS塑料是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体共聚而成的聚合物，具有良好的物理和机械性能，极好的尺寸稳定性。ABS打印时开始软化温度为105℃，喷头打印温度为210～240℃，加热板温度为80℃以上。
2.PLA材料
PLA是一种新型的生物降解材料，不污染环境。其具有较低的收缩率，打印大尺寸模型时稳定性较好。PLA材料的熔化温度为145～160℃，喷头打印温度为180～200℃，加热板温度为60～70℃。
三、常见的问题及其解决方案
FDM型3D打印机在使用中，通常会遇到很多问题：有部分为机器引起的，可适当对机器进行整修解决；有部分为材料性质所带来的，通常是不可避免的，但可通过分析，采用一些简单的方法降低影响。
1.材料选用原则
ABS和PLA两种材料的稳定性都很好，能适用于各类模型的打印。通常情况下，大多采用PLA材料，因PLA材料为可再生可降解材料，无污染且性价比高，PLA材料更容易打印，出现底部局部翘起、层间裂痕、底层与平台脱离等现象的可能性更小，打印的成品率更高。
但若模型使用场合有要求的话，如高温环境、受力挤压等有实际用途而不单是模型的情况下，一定要选用ABS材料，因其机械性能如耐低温性、抗冲击性等都比PLA好，并且ABS能侵入少量丙酮，发生化学反应，使模型表面变得更加光滑，渗入的丙酮也可作为粘结剂能使层与层之间更加牢靠。
无论是ABS或PLA材料打印的模型，都可用3D打印表面处理液进行表面处理，提高模型表面光洁度，且能提高模型的硬度，是一种非常不错的模型后处理方法。
2.材料收缩问题
ABS和PLA材料都有一定的收缩性，但都要求收缩率越小越好，太大的话容易产生内应力，会导致模型变形如局部翘起、层间裂痕等。
ABS材料遇冷收缩率更大，打印时，一定要使用加热板，且温度可适当调高，在密闭空间进行打印，保持一定的温度可减少局部翘起和层间裂痕的现象，特别是在打印大模型和长时间打印的情况下，更应该采取措施进行保温。此外，使用ABS材料打印时，模型底层很容易与打印平台发生脱离现象，这都是ABS材料遇冷收缩的性质引起的。
而PLA材料的收缩率小一点，对打印环境要求则没那么严苛，常温开放的环境下依然可以进行，但一般还是会使用加热板，确保底层与平台不会发生脱离的现象。
3.材料断丝、堵塞喷头问题
材料在使用过程中发生断丝、堵塞喷头的现象都与材料的性质有关。ABS和PLA材料都为丝状、卷成卷的形态供打印机使用，抽丝过程中容易发生断裂，与其弯曲强度有直接关系。ABS材料弯曲强度稍高点，一般不易断丝，但PLA材料则不同，稍有撞击或弯折就会断裂，弯曲强度较低。为避免断丝现象，丝材抽出部分最好用合适的塑料软管套住，或外加抽丝装置，确保抽丝顺畅。长时间不使用时注意好材料的防潮，密封保存，避免撞击。
ABS和PLA材料在熔化状态下都能很顺畅的从喷头中挤出，流动性都比较好，但都具有一定的附着和延展性，喷头长时间加热使用时，材料容易在喷头（特别是全金属制喷头）附近粘结，造成堵塞现象。此种情况在使用PLA材料时更容易出现，PLA材料熔化温度低，从固态直接熔化成液态进行打印，延展性好，更容易附着在喷头上，可适当降低喷头温度或在喷头处涂抹润滑油都可有效抑制喷头堵塞现象的发生。
4.其他问题
ABS材料和PLA材料在熔化状态下都会散发出味道。特别是ABS材料会有一股强烈的刺鼻味，闻起来特别不舒服，而PLA材料散发着一股香甜的味道。但无论是哪种气味，长时间吸入都会令人感到不适，打印产生气味是不可避免的，因此一定要保持室内良好的通风条件。
拉丝是指打印过程中，喷头在不需要挤出材料的情况下依然有材料流出，造成模型上附着了许多蛛丝状的细丝。虽然打印机都设置了回抽功能，但熔化的材料流动性好，想瞬间控制材料停止挤出还是比较困难的，想要减轻拉丝现象，可适当降低喷头的打印温度。
四、结束语
ABS和PLA是FDM型桌面打印機常用的耗材，材料的性能有些许差别，使用过程中由此引起的打印问题也是比较常见的。了解材料的特性，选用合适的材料、采取相应的措施能有效地提高模型打印的成品率。打印模型常出现的局部翘起、层间裂痕、断丝、堵塞喷头、气味、拉丝等问题，文章针对ABS和PLA材料都做出了相应的问题分析，提供了简单的解决方案，对使用者有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1]杨继全，郑 梅，杨建飞，等.3D打印技术导论[M].南京：南京师范大学出版社，2016.
[2]郭宇鹏.FDM桌面型3D打印机的整体设计及成型工艺研究[D].太原：中北大学，2017.
[3]周伟民，闵国全.3D打印技术[M].北京：科学出版社，2016：78-80.
[4]关 雷，史子木，武 坤.桌面3D打印机工作台贴面材料分析[J].浙江工贸职业技术学院学报，2016（1）：42-44.
[5]文 成，徐少华，安芬菊，等.FDM三维成型样品缺陷的工艺分析与研究[J].制造技术与机床，2017（5）：116-120.