熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling，简称FDM)，又称熔丝沉积，是一种快速成型技术。FDM是将低熔点材料熔化后，通过由计算机数控的精细喷头按CAD分层截面数据进行二维填充，喷出的丝材经冷却粘结固化生成一薄层截面，层层叠加成三维实体。 1.机构结构
FDM系统主要包括喷头、送丝机构、运动机构、加热工作室、工作台5个部分，如图1所示。
喷头是最复杂的部分，锅巴生产设备材料在喷头中被加热熔化，喷头底部有一喷嘴供熔融的材料以一定的压力挤出，喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动时挤出材料，与前一层粘结并在空气中迅速固化，如此反复进行即可得到实体零件。它的工艺过程决定了它在制造悬臂件时需要添加支撑，这点与LOM和SLS完全不同。支撑可以用同一种材料建造，只需要一个喷头，现在一般都采用双喷头独立加热，一个用来喷模型材料制造零件，另一个用来喷支撑材料做支撑，两种材料的特性不同，制作完毕后去除支撑相当容易。
送丝机构为喷头输送原料，送丝要求平稳可靠。原料丝一般直径为1～2 m，喷嘴直径只有0.2～0.3 mm左右，这个差别保证了喷头内一定的压力和熔融后的原料能以一定的速度(必须与喷头扫描速度相匹配)被挤出成型。送丝机构和喷头采用推-拉相结合的方式，以保证送丝稳定可靠，避免断丝或积瘤。 运动机构包括X，Y，Z三个轴的运动。快速成型技术的原理是把任意复杂的三维零件转化为平面图形的堆积，因此不再要求机床进行三轴及三轴以上的联动，大大简化了机床的运动控制，只要能完成二轴联动就可以了。X-Y轴的联动扫描完成FDM工艺喷头对截面轮廓
的平面扫描，Z轴则带动工作台实现高度方向的进给。
加热工作室用来给成型过程提供一个恒温环境。熔融状态的丝挤出成型后如果骤然受到冷却，容易造成翘曲和开裂，适当的环境温度可最大限度地减小这种造型缺陷，提高成型质量和精度。
工作台主要由台面和泡沫垫板组成，每完成一层成型，工作台便下降一层高度[]。
2工艺参数控制
在使用FDM快速成型系统进行成型加工之前，必须考虑相关工艺参数的控制。它们是分层厚度、喷嘴直径、喷头温度、环境温度、挤出速度、填充速度、理想轮廓线的补偿量以及延迟时间[]。
分层厚度是指将三维数据模型进行切片时层与层之间的高度，也是FDM系统在堆积填充实体时每层的厚度。分层厚度较大时，原型表面会有明显的“台阶”，影响原型的表面质量和精度；分层厚度较小时，原型精度会较高，但 需要加工的层数增多，成型时间也就较长。
喷嘴直径直接影响喷丝的粗细，一般喷丝越细，原型精度越高，但每层的加工路径会更密更长，成型时间也就越长。工艺过程中为了保证上下两层能够牢固地粘结，一般分层厚度需要小于喷嘴直径，例如喷嘴直径为0.15 mm，分层厚度取0.1 mm。
挤出速度是指喷丝在送丝机构的作用下，从喷嘴中挤出时的速度。填充速度则是指喷头在运动机构的作用下，按轮廓路径和填充路径运动时的速度。在保证运动机构运行平稳的前提下，填充速度越快，成型时间越短，效率越高。另一方面，为了保证连续平稳地出丝，需要将挤出速度和填充速度进行合理匹配，使得喷丝从喷嘴挤出时的体积等于粘结时的体积（此时还需要考虑材料的收缩率）。如果填充速度与挤出速度匹配后出丝太慢，则材料填充不足，出现断丝现象，难以成形；相反，填充速度与挤出速度匹配后出丝太快，熔丝堆积在喷头上，使成型面材料分布不均匀，表面会有疙瘩，影响造型质量。
喷嘴温度是指系统工作时将喷嘴加热到的一定温度。环境温度是指系统工作时原型周围环境的温度，通常是指工作室的温度。喷嘴温度应在一定的范围内选择，使挤出的丝呈粘弹性流体状态，即保持材料粘性系数在一个适用的范围内。环境温度则会影响成形零件的热应力大小，影响原型的表面质量。研究表明，对改性聚丙稀这种材料，喷嘴温度应控制在230℃。同时为了顺利成型，应该把工作室的温度设定为比挤出丝的熔点温度低1℃-2℃。
FDM成型过程中，由于喷丝具有一定的宽度，造成填充轮廓路径时的实际轮廓线超出理想轮廓线一些区域，因此，需要在生成轮廓路径时对理想轮廓线进行补偿。该补偿值称为理想轮廓线的补偿量，它应当是挤出丝宽度的一半。而工艺过程中挤出丝的形状、尺寸受到喷嘴孔直径、分层厚度、挤出速度、填充速度、喷嘴温度、成形室温度、材料粘性系数及材料收缩率等诸多因素的影响，因此，挤出丝的宽度并不是一个固定值，从而，理想轮廓线的补偿量需要根据实际情况进行设置调节，其补偿量设置正确与否，直接影响着原型制件尺寸精度和几何精度。
延迟时间包括出丝延迟时间和断丝延迟时间。当送丝机构开始送丝时，喷嘴不会立即出丝，而有一定的滞后，把这段滞后时间称为出丝延迟时间。同样当送丝机构停止送丝时，喷嘴也不会立即断丝，把这段滞后时间称为断丝延迟时间。在工艺过程中，需要合理地设置延迟时间参数，否则会出现拉丝太细，粘云海os结不牢或未能粘结，甚至断丝缺丝的现象；或者出现堆丝、积瘤等现象，严重影响原型的质量和精度。
3工艺特点
与其他工艺相比，FDM工艺具有以下优势：
(1)不采用激光系统，使用和维护简单，从而把维护成本降到了最低水平。多用于概念设计的FDM成型机对原型精度和物理化学特性要求不高，便宜的价格是其推广开来的决定性因素。
(2)成型材料广泛，热塑性材料均可应用。一般采用低熔点丝状材料，大多为高分子材料如ABS、PLA、PC、PPSF以及尼龙丝和蜡丝等隔墙偷听器。其ABS原型强度可以达到注塑零件的三分之一，PC，PC/ABS，PPSF等材料，强度己经接近或超过普通注塑零件，可在某些特定场合（试用，维修，暂时替换等）下直接使用。虽然直接金属零件成型的材料性能更好，但在塑料零件领域，FDM工艺是一种非常适宜的快速制造方式。随着材料性能和工艺水平的进一步提高，会有更多的FDM原型在各种场合直接使用。风刀干燥机
(3)环境友好，制件过程中无化学变化，也不会产生颗粒状粉尘。与其他使用粉末和液态材料的工艺相比，FDM使用的塑料丝材更加清洁，易于更换、保存，不会在设备中或附近形成粉末或液体污染。
(4)设备体积小巧，易于搬运，适用于办公环境。
(5)原材料利用率高，且废旧材料可进行回收再加工，并实现循环使用。
(6)后处理简单。仅需要几分钟到一刻钟的时间剥离支撑后，原型即可使用。而现在应用较多的SL，SLS，3DP等工艺均存在清理残余液体和粉末的步骤，并且需要进行后固化处理，需要额外的辅助设备。这些额外的后处理工序一是容易造成粉末或液体污染，二是增加了几个小时的时间,不能在成型完成后立刻使用。
(7)成型速度较快。一般来讲，FDM工艺相对于SL，SLS，3DP工艺来说，速度是比较慢的，但是其也有一定的优势。当对原型强度要求不高时，可通过减小原型密实程度的方法提高FDM成型速度。通过试验，具有某些结构特点的模型，最高成型速度己经可以达到60 cm3/h。通过软件优化及技术进步，预计可以达到200 cm3/h的高速度。
同样其缺点也是显而易见，主要有以下几点：
(1)由于喷头的运动是机械运动，速度有一定限制，所以成型时间较长；
(2)与光固化成型工艺以及三维打印工艺相比，成型精度较低，表面有明显的台阶效应；
(3)成型过程中需要加支撑结构，支撑结构手动剥除困难，同时影响制件表面质量。
4产品发展及技术研究现状
（1）产品发展
FDM工艺由美国学者Scott Crump博士于1988年率先研制成功。
现今FDM产品制造系统应用最为广泛的主要是Stratasys公司，Stratasys公司于1993年开发出第一台FDM-1650机型后，先后推出了FDM-2000、FDM-3000和FDM-5000机型。
引人注目的是1998年Stratasys公司推出的FDM-Quantum机型，最大造型体积为600mm×500mm×600mm。由于采用了挤出头磁浮定系统，可在同一时间独立控制两个挤出头，因此其造型速度为过去的5倍。
1999年Stratasys公司开发出水溶性支撑材料，有效地解决了复杂、小型孔洞中的支撑材料难以去除或无法去除的难题，并在FDM-3000得到应用，另外从FDM-2000开始的决速成型机上，采用了两个喷头，其中一个喷头用于涂覆成型材料，另一个喷头用于涂覆支撑材料，加快了造型速度。
目前stratasys公司的主要产品有：适合办公室使用的FDM Vantage系列产品以及在此基础上开发的可成型材料更多的FDM Titan系列产品，另外还有成型空间更大且成型速度更快
的FDM Maxum系列产品，还有适合成型小零件的紧凑型prodigyplus成型机[]。
stratasys公司1998年与MedModeler公司合作开发了专用于一些医院和医学研究单位的MedMedeler机型，并于1999年推出可使用聚脂热塑性塑料的Genisys型改进机型GenisysXs。
该公司自2002年起在年即设备销售台数上超过美国3D Systems公司，成为世界上最大的RP设备销售商，目前Stratasys公司每年销售的RP设备占到全球销售总量的一半左右。
（2）技术研究
在国内，上海富力奇公司的TSJ系列快速成型机采用了螺杆式单喷头，清华大学的MEM一250型快速成型机采用了螺杆式喷头，华中科技大学和四川大学正在研究开发以粒料、粉料为原料的螺杆式双喷头。其中，北京殷华公司通过对熔融挤压喷头进行改进，提高了喷头可靠性并在此基础上新推出了MEM20O小型设备，MEM350型工业设备以及基于光固化工艺的AURO一350型设备。此外，殷华公司近几年推出了专门用于人体组织工程支架的快速成形设备MedtisS。该型设备以清华大学激光快速成形中心发明的低温冷冻成形(LDM)工
艺为基础，最多可同时装备4个喷头。该设备成形材料广泛，可成形PLLA、PLGA、PU等多种人体组织工程用高分子材料。成形的支架孔隙率高，贯通性好，在组织工程中有良好的应用前景[]。
在系统方面，丹麦科技大学(Technieal University of Denmark)的Bellini Anna将一个微型挤出器安装在一个精确定位系统上，它能直接使用颗粒状原料，从而扩大了FDM工艺的使用范围。提高FDM制件的性能，达到使用FDM工艺制造特殊原型和熔融沉积快速成型精度及工艺研究快速制造的目的。目前，该系统和使用该系统的制件已经制作出来，但是一些工艺参数(如颗粒度等)还需要进一步优化。王伊卿、方勇等对两种典型结构溶融沉积快速成型喷头中材料的压力场和速度场进行了有限元分析和实验验证，得出导致断丝的几个重要因素，并设计了一体化的喷头，保证出丝顺畅[]。
在材料方面，新加坡国立大学(National University of SingaPore)的Dietmar W等人研制了一种新型PCL材料用于组织工程中，并通过数据说明了支架的多孔性和抗压性之间存在极大的关系[]。Eric J，Vamsik等通过对ABS材料的改性处理，使材料表面具有亲水性和生物相容性，从而使得FDM工艺能够运用到生物领域，制备具有生物相容性的活性制件[]，拓
展了FDM工艺的应用范围。S.Kannan,，Dr.D.Senthilkumaran等在利用FDM进行成型时，对传统ABS材料添加镍涂层，并与未添加涂层的制件比较，发现添加了涂层的制件在机械性能上远远优于未添加涂层的制件[]。塑料薄膜连续封口机
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