基于熔融沉积3D打印技术的家具模型制作技术要点_王琛

基于熔融沉积 3D 打印技术的家具模型制作技术要点  

王琛訾然陆雪亿于嘉浩  

（南京林业大学家居与工业设计学院，江苏南京210037）

摘 要：熔融沉积制造是3D打印领域里应用最广 泛的技术之一。本文对该3D打印技术的工艺原理进行 了介绍。从制作工艺角度，对使用该技术制作家具模型 时出现的问题进行了分析，归纳了该技术应用于家具模 型制作时的技术要点，以推动该3D打印技术在家具模 型制作领域的应用。  

关键词：熔融沉积；家具模型；工艺研究  

随着3D打印技术的不断发展，越来越多的3D打印 技术被推向市场。但由于受设备价格和材料成本的限 制，目前市场上应用最广泛的是熔融沉积3D打印技术, 以普及型桌面级设备为主。⑴相比其他3D打印技术, 熔融沉积3D打印具有制作工艺简单、材料成本低、操作 简易等特点。^［2］一些家具制造企业的设计部门使用熔 融沉积工艺，用于新产品的开发和家具模型的制作。本 文通过对熔融沉积3D打印工艺的研究,依据实际打印 经验，归纳出熔融沉积工艺的技术操作要点，为熔融沉 积3D打印在家具模型制作领域的应用提供技术参考, 以促进该3D打印技术在家具模型制作领域的推广。  

1熔融沉积3D打印技术  

熔融沉积3D打印的工艺原理是将丝状的热塑性 材料按指定温度熔化,使材料保持半液体状态。在计算 机代码的控制下,挤出头沿零件截面轮廓和填充轨迹运 动,同时将熔化的材料挤出,材料迅速固化,并与周围的 材料黏结。当完成一层截面的沉积后,成型平台下降预 定高度,继续下一层的沉积。如此重复,层层堆积完成 实体模型。^［3］  

2熔融沉积3D打印技术制作家具模型的技术要点 熔融沉积工艺在3D打印各类工艺中应用最广泛, 但在家具模型制作中仍存在不少技术难题和自身局限 性。本研究使用的是国产熔融沉积3D打印机，通过多 次实验测试,观察打印效果,分析打印问题。总结出熔 融沉积3D打印技术制作家具模型时需要注意的技术操 作要点,技术操作要点总结如下。  

2.1模型设计要点  

熔融沉积3D打印不适合制作细长结构的零件。以 圈椅模型的椅腿为例,当椅腿竖直布置时,由于模型底 部和打印平台粘连的面积太小,会出现底座粘连不牢, 导致模型底座脱离打印平台,继而模型无法打印成型。 当椅腿水平布置时,由于椅腿与打印平台接触面积较 大,打印过程中,受打印平台温度和冷却速度的影响,椅 腿容易出现翘曲等问题。因此，熔融沉积3D打印技术 不适合制作纤细轻巧的家具部件,粗壮厚重的家具部件 更适合用该工艺进行加工。模型设计时应适当将各部 件的尺寸加大。同时,也需要保证整体与部件互相协调, 取得整体与局部之间的比例匀称美。  

2.2 模型布置要点  

模型布置是3D打印操作中的关键步骤，模型布置 的好坏直接影响模型打印的质量。熔融沉积3D打印技 术的切片软件在生成加工G代码时会添加支撑结构。 支撑结构的作用是辅助打印模型的悬空部分，支撑结构 多为片状构造。片状构造是为了方便拆除，但由于熔融 沉积工艺支撑结构使用的材料和模型主体材料一致，在 拆除支撑结构时，会产生毛刺，影响模型的表面质量。 因此,使用熔融沉积3D打印技术制作家具模型时，应尽 量避免产生支撑。平躺的布置方式可以避免产生支撑 结构，从而保证模型的表面质量。  

2.3 台阶效应 熔融沉积快速成型过程中会产生“台阶效应”。^［4］  

因为模型表面由一层层圆形截面沉积而成，表现为“台 阶状”效果。“台阶效应”受到分层厚度和成型夹角（模 型和打印平台间的夹角）的影响。^［5］分层厚度越大、成 型夹角越小，台阶效应越明显。^［6］放置位置的不同直接 影响模型的成型夹角。因此，减少“台阶效应”的优化 方案就是要增加成型夹角，尤其是体现模型主体外观的 曲面，增大夹角后，可以获得最佳成型效果。  

2.4 模型变形 模型变形是熔融沉积快速成型过程中经常出现的  

问题。原因包括以下几个方面。第一，模型的不同部分 在冷却过程中有不同的收缩率。第二，快速成型机挤出 头的侧面有冷却风扇，导致模型各部位原料冷却速度不 同。优化方案如下:首先，3D打印控制软件中摆放模 型时一般以平面作为底面，如果模型有多个平面，应选 择面积较小的面，以减少成型材料冷却收缩引起的变 形。其次，3D打印控制软件中布置模型时，应尽量让 成型底面的长边与冷却风扇的散热方向保持垂直，以减 少由风扇散热引起的冷却不均。  

3结语  

在3D打印各类工艺中，熔融沉积3D打印的成型原 理最简单,普及度最高。本文对熔融沉积3D打印技术 的工艺原理进行了分析，总结出该工艺用于制作家具模 型时需要注意的技术要点，为使用该工艺制作家具模型 提供技术参考，以推动熔融沉积3D打印技术在家具模 型制作领域的应用。  

参考文献：  

1］王琛， 于嘉浩， 陆红红， 蒋雨婷 . 基于快速成型技 术的中国古典家具模型制作工艺研究［J］.家具， 2018，39（6）：40-44.  

2］郁舒兰， 施佳露， 于娜， 吴成 . 交互式老年人手指握 力康复产品设计［J］.家具,2019,41（2）： 84-88.  

［3］ 王子轩，吴智慧.办公环境中建筑与家具的文化体 现［J］.家具,2019,41（2）： 41—45.  

［4］ 周季纯，吴燕.圈椅的起源与发展［J］.家具， 2019，41（2）：62-65.  

［5］ 高玲玲，徐伟.缩短有限定制沙发平均生产周期的 方法研究［J］.家具,2019,41（2）： 13—17.  

［6］ 姚月姝，祁忆青，王丹.冬季室内有害挥发物释放特 征及防治措施［J］.家具,2018,39（2）： 11—14+23.  

作者简介：王琛，男，南京林业大学家居与工业设计学院实 验师，主要研究方向：工业设计工程。

基金项目：本论文为江苏高校品牌专业建设工程项目“木材科学与工程”（PPZY2015B150）  

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