3D打印噴嘴在FFF技術中的重要性

2022-04-25

導讀，用于熔絲制造的3D打印機噴嘴雖然很小，看起來很不起眼，但對于FFF打印結果的好壞起到決定性的作用。

任何使用FFF打印機的人都應該了解噴嘴的不同類型和直徑，因為選擇的噴嘴將對零件質量、生產率和運營成本產生巨大影響。通常，FFF打印機通過加熱噴嘴將纏繞的熱塑性長絲送入水平構建平臺。打印機裝有ABS、PLA 或其他聚合物細絲，從下往上逐層構建零件。

△噴嘴可以說是3D打印中長矛的尖端。圖片來自Getty

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

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。

△標準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的技術支持專家Paul Brutskiy表示，第一步是找到可以與3D打印機正確兼容的噴嘴。“噴嘴有各種規格，例如螺紋尺寸、長度和螺距，以及噴嘴的長度和線材直徑，”他說。“為了簡化選擇過程，制造商通常會在其用戶使用手冊或網站的配件部分列出每個噴嘴對應兼容的打印機。”

這里有一個關于噴嘴材料的使用須知。前面列出的基礎線材不具磨蝕性，可與低成本的導熱黃銅噴嘴配合使用。然而，有的線材使用了添加劑，往往會增加材料的磨蝕性，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電性較差的缺點。

一些可以打印食品級或醫療部件時應使用不銹鋼噴嘴。另外，碳化鎢噴嘴的使用壽命最長，但價格更高。而紅寶石、藍寶石或鉆石尖端有時會添加到黃銅噴嘴中，從而大大延長它們的使用壽命，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；層高等于每個噴嘴孔直徑的50%。構建時間分別為分別為13分鐘、37分鐘和8分鐘。圖片來自Micro Swiss

更多的細節

Bondtech AB公司的產品經理Nuno Santiago提供了幾個噴嘴選擇建議。“這需要根據你的項目細節來具體分析，”他說。“比如說，您的目標是制造非常細致的零件？還是非常大的零件？需要構建這些部件的時間，最小特征以及最小尺寸是多少？例如，一個0.4毫米的噴嘴無法構建比XY平面中的值更小的幾何特征，因此噴嘴尺寸與細節水平息息相關。”

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

此外，隨著噴嘴直徑的縮小，3D打印機必須以更快地移動來保持等效的體積流量。如果打印機的“熱端”——打印機中熔化材料的部分——必要要有足夠的時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，用較大的噴嘴會更好。

“最后，為了最大限度地提高構建速度，需要進行計算以確定什么樣的噴嘴尺寸，可以提供所需的輸出，同時保持在機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以特定構建速度，反而無法交付優質部件，應當注意此問題。”

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