熔融沉积建模（FDM）3D打印（也称为材料挤出）是一种通过喷嘴沉积加热材料以制造零件和部件的技术。挤出机中的辊子在其熔化成半液体或液体形式之前产生足够的压力以将材料挤压到液化器中，并且在与构建平台或先前挤出的层接触时被推出喷嘴以固化并形成细丝。您可能没有意识到这一点，但您使用的3D打印喷嘴类型确实会对3D打印质量产生很大影响。佛罗里达大学机械与航空航天工程系的一组研究人员最近发表了一篇论文，详细介绍了两种类型的喷嘴，这些喷嘴可能更适合FDM 3D打印过程。
     在题为“基于FDM过程的参数可调增材制造过程的基础研究”的论文中，研究人员在开放获取的MATEC Web of Conferences出版物系列中发表了一篇文章，研究人员解释说，传统上认为3D打印部件的重要组成部分是分辨率由每个材料挤出支架的小横截面积贡献。但是，较小的横截面长丝具有较慢的挤出速率，这增加了构建时间。
    有许多尝试来解决这个问题，例如应用每个层的最大允许厚度或使用较低的支撑体积来定位类似贝壳的结构。但是，研究人员指出，在FDM过程中，对挤出参数进行了大量调整以控制分辨率。

     摘要中写道：“在熔融沉积建模（FDM）过程中，高生产率和高质量产品之间存在冲突。产品分辨率与加热材料挤出的流速成正比，这直接影响构建时间。为了在可接受的分辨率下缩短构建时间，引入了参数可调节打印过程的思想。对可控挤出机进行了改进，设计了两种直径可变喷嘴。这项工作在FDM过程中实现了基于零件几何形状的不同分辨率构建，可以有效地保证产品质量，同时提高生产率。

      FDM 3D打印机喷嘴的直径不仅会影响材料的挤出速度，还会影响3D打印的分辨率。确定分辨率后，可以成功计算其相应的挤出参数，以确定参数与零件几何之间的关系。“在本文中，喷嘴直径被选为主要的可变挤压参数，”研究人员解释说。 “对打印机的挤出机进行了修改以适应新工艺，该工艺确定了特定分辨率下的挤出参数。推导出零件几何形状与所需分辨率之间的关系，并为该过程设计了两种直径可变喷嘴。“粘性流体流通常使用容积式齿轮泵进行计量，因此研究人员使用3D打印机的挤出机中的一个进行研究。研究人员表示，“假设喷嘴移动的速度与材料挤出速度相同，以获得可靠的分辨率。”

虹膜光圈部件的几何形状：（A）基座，（B）弯曲刀片，（C）转动盘


喷嘴最大（A）和最小直径（B）的俯视图
    被称为可变光阑的光学部件具有多个薄而光滑的叶片，这些叶片以这样的方式布置以形成圆孔。由于其可控制的孔径，该光圈通常用于限制在相机快门中传输到成像传感器的光量。这使得它成为可以改变3D打印机喷嘴直径的组件的不错选择。“与传统的挤出印刷喷嘴相比，虹膜形喷嘴可以轻松调节直径，并在印刷过程中实现可变直径，”研究人员在论文中解释说。 “虹膜隔膜的多叶片可以保证喷嘴的圆形横截面形状。利用电子控制系统可以精确快速地改变喷嘴直径。“

滚动喷嘴的几何形状。
      但是，即使虹膜形状可能改变喷嘴的直径，它也可能在圆孔周围有一些间隙，在材料挤出过程中会造成泄漏，高温甚至会使刀片软化并导致打印损坏。这就是为什么研究人员设想了一种可以“在不设置喷嘴中的额外平面的情况下”工作的滚动模型。受纸卷轴的启发，滚动喷嘴的圆形底部随着形状的滚动而变小，尽管它将继续呈圆形。这就是为什么具有简单直径控制的滚动模型可能是更好的,对于具有可变直径而不是可变光圈形状的3D打印机喷嘴来说，这可能是更好的选择。

      研究人员得出结论：“到目前为止，已经建立了参数可调FDM过程的理论模型。 使用容积式齿轮泵对打印机的挤出机进行改进，以通过改变转速来控制流速，从而可以通过在一定的最佳挤出速度下挤出过程中的流速来调节由长丝直径表示的分辨率。"

来源：3d打印网

编辑：董强