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3D打印噴嘴在FFF技術(shù)中的重要性

2022-04-25

導(dǎo)讀，用于熔絲制造的3D打印機(jī)噴嘴雖然很小，看起來很不起眼，但對(duì)于FFF打印結(jié)果的好壞起到?jīng)Q定性的作用。

任何使用FFF打印機(jī)的人都應(yīng)該了解噴嘴的不同類型和直徑，因?yàn)檫x擇的噴嘴將對(duì)零件質(zhì)量、生產(chǎn)率和運(yùn)營(yíng)成本產(chǎn)生巨大影響。通常，F(xiàn)FF打印機(jī)通過加熱噴嘴將纏繞的熱塑性長(zhǎng)絲送入水平構(gòu)建平臺(tái)。打印機(jī)裝有ABS、PLA 或其他聚合物細(xì)絲，從下往上逐層構(gòu)建零件。

△噴嘴可以說是3D打印中長(zhǎng)矛的尖端。圖片來自Getty

FFF，又稱為FDM（熔融沉積建模）——Stratasys公司于1989年獲得專利的一項(xiàng)技術(shù)——它是一種成本相對(duì)較低、速度相當(dāng)快的物體打印方式。這些特性使FFF成為最受歡迎的3D 打印方式之一，尤其對(duì)于3D打印愛好者和預(yù)算有限的初創(chuàng)公司來說。

首先要知道的是FFF線材有兩種直徑：1.75 毫米和 2.85 毫米。除ABS和PLA以外，其他常見材料還包括尼龍、聚碳酸酯和TPU。還有許多添加劑可以與這些材料混合，例如碳纖維、金屬、木材、著色劑，甚至巖石等。

△標(biāo)準(zhǔn)FFF線材有兩種直徑：1.75毫米和2.85毫米。圖片來自Getty

噴嘴的選擇

至于噴嘴的選擇，一位來自Micro Swiss LLC的技術(shù)支持專家Paul Brutskiy表示，第一步是找到可以與3D打印機(jī)正確兼容的噴嘴。“噴嘴有各種規(guī)格，例如螺紋尺寸、長(zhǎng)度和螺距，以及噴嘴的長(zhǎng)度和線材直徑，”他說。“為了簡(jiǎn)化選擇過程，制造商通常會(huì)在其用戶使用手冊(cè)或網(wǎng)站的配件部分列出每個(gè)噴嘴對(duì)應(yīng)兼容的打印機(jī)。”

這里有一個(gè)關(guān)于噴嘴材料的使用須知。前面列出的基礎(chǔ)線材不具磨蝕性，可與低成本的導(dǎo)熱黃銅噴嘴配合使用。然而，有的線材使用了添加劑，往往會(huì)增加材料的磨蝕性，因此需要使用耐腐蝕金屬制成的噴嘴。

同樣，有多種噴嘴材料可供選擇。例如，A2工具鋼在耐磨性和導(dǎo)熱性之間提供了很好的平衡，而由M2工具鋼制成的噴嘴有導(dǎo)電性較差的缺點(diǎn)。

一些可以打印食品級(jí)或醫(yī)療部件時(shí)應(yīng)使用不銹鋼噴嘴。另外，碳化鎢噴嘴的使用壽命最長(zhǎng)，但價(jià)格更高。而紅寶石、藍(lán)寶石或鉆石尖端有時(shí)會(huì)添加到黃銅噴嘴中，從而大大延長(zhǎng)它們的使用壽命，就像鍍鎳或鉻一樣。

△這些3D打印的立方體展示了打印速度是如何影響零件質(zhì)量的。從左到右，20毫米立方體分別用0.2毫米、0.4毫米和1.0毫米噴嘴打印；層高等于每個(gè)噴嘴孔直徑的50%。構(gòu)建時(shí)間分別為分別為13分鐘、37分鐘和8分鐘。圖片來自Micro Swiss

更多的細(xì)節(jié)

Bondtech AB公司的產(chǎn)品經(jīng)理Nuno Santiago提供了幾個(gè)噴嘴選擇建議。“這需要根據(jù)你的項(xiàng)目細(xì)節(jié)來具體分析，”他說。“比如說，您的目標(biāo)是制造非常細(xì)致的零件？還是非常大的零件？需要構(gòu)建這些部件的時(shí)間，最小特征以及最小尺寸是多少？例如，一個(gè)0.4毫米的噴嘴無法構(gòu)建比XY平面中的值更小的幾何特征，因此噴嘴尺寸與細(xì)節(jié)水平息息相關(guān)。”

Santiago還建議必須合理的考慮零件的機(jī)械要求和重量。例如，可以使用一個(gè)小噴嘴來制造更厚、更堅(jiān)固的墻壁，但需要更多的通道來填充給定的區(qū)域。這種方法允許材料在每次通過之間冷卻，從而降低了粘結(jié)質(zhì)量。

此外，隨著噴嘴直徑的縮小，3D打印機(jī)必須以更快地移動(dòng)來保持等效的體積流量。如果打印機(jī)的“熱端”——打印機(jī)中熔化材料的部分——必要要有足夠的時(shí)間和熱量來正確熔化材料，并且零件的幾何形狀和精度在較低的分辨率。這種情況下，用較大的噴嘴會(huì)更好。

“最后，為了最大限度地提高構(gòu)建速度，需要進(jìn)行計(jì)算以確定什么樣的噴嘴尺寸，可以提供所需的輸出，同時(shí)保持在機(jī)器的最高速度閾值以下，”Santiago說。“某些噴嘴尺寸可能超出了打印機(jī)以特定構(gòu)建速度，反而無法交付優(yōu)質(zhì)部件，應(yīng)當(dāng)注意此問題。”

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