FDMS工藝制備金剛石工具技術(shù)淺析＊

張 謙，張紹和，王婭妮，孔祥旺，何 燾，蘇 舟

（1.中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院,有色金屬成礦預(yù)測與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測教育部重點實驗室,長沙 410083）

（2.中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院,長沙 410083）

金剛石是自然界中存在的最堅硬的物質(zhì)，其摩擦系數(shù)小，有極高的抗磨能力，在工業(yè)領(lǐng)域通常用于金剛石工具的制造。隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，金剛石工具已被廣泛用于地質(zhì)探勘、土木工程、石材加工、汽車、交通、國防、電工電子等領(lǐng)域和其他高新技術(shù)領(lǐng)域[1]，但隨著應(yīng)用領(lǐng)域的進一步推廣以及應(yīng)用條件的復(fù)雜化，對金剛石工具的工作性能提出了更高的要求。經(jīng)驗表明，通過賦予金剛石工具以獨特的結(jié)構(gòu)（異型、超薄等）能夠顯著提升其工作性能。而傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式難以實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)金剛石工具的高效制造，3D 打印技術(shù)的出現(xiàn)為解決這一難題提供了有效途徑。

3D 打印技術(shù)是20世紀80年代末、90年代初發(fā)展起來的一種快速成形技術(shù)，被譽為引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)[2]，其是基于離散堆積形式來實現(xiàn)工件加工成形的，與傳統(tǒng)的減材制造最大的區(qū)別在于3D 打印所使用的成形系統(tǒng)是由三維模型直接驅(qū)動的，隨后直接制成實體，無須任何工具即可生產(chǎn)異性結(jié)構(gòu)和晶格結(jié)構(gòu)組件[3]。3D 打印技術(shù)能夠極大地縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，是一項智能化程度高的新技術(shù)[4-5]。將該技術(shù)引入到金剛石工具制造中具有較大的發(fā)展?jié)摿?，其能夠有效控制金剛石顆粒排布，優(yōu)化工具結(jié)構(gòu)進而提高其性能，是未來金剛石工具制備的發(fā)展方向之一[6]。

1 FDMS 技術(shù)打印金剛石工具的可行性

隨著3D 打印技術(shù)的日益成熟，國內(nèi)外研究人員開始使用金屬、高分子和陶瓷等材料直接打印功能性零件，其中金屬零件的3D 打印技術(shù)成為了先進制造業(yè)的重要發(fā)展方向[7]。在過去二十年，3D 打印技術(shù)以驚人的速度發(fā)展，正推動著金屬制造業(yè)的智能化變革[8]。

當前，金屬材料增材制造的主要工藝方法有電子束選區(qū)熔化（electron beam selective melting,EBSM）、選擇性激光燒結(jié)（selective laser sintering,SLS）、選擇性激光熔化成形（selective laser melting,SLM）和激光熔覆沉積（ laser engineered net shaping,LENS）[9]。EBSM、SLS、SLM、LENS 4 種技術(shù)無需脫脂燒結(jié)等后續(xù)工序便能夠得到燒結(jié)好的零件，工藝流程相對簡潔，但其打印工藝均需要采用高能束，因而能耗大，生產(chǎn)成本高。且EBSM、SLS、SLM、LENS 4 種技術(shù)用于制備金剛石工具時存在一定的局限性，因為金剛石在700 ℃以上時可能出現(xiàn)石墨化現(xiàn)象；同時，由于激光熔化后的液態(tài)金屬對金剛石表面的浸潤性差，液態(tài)金屬在吉布斯自由能最低原理作用下容易形成金屬球，出現(xiàn)球化現(xiàn)象，使得金剛石工具內(nèi)部空隙增多，零件的致密度隨之下降，從而會導(dǎo)致金剛石顆粒易脫落，降低了金剛石工具的工作性能。近些年，熔融沉積成形（fused deposition modeling,FDM）技術(shù)逐漸進入人們視野，該工藝被認為是一種具有很大發(fā)展?jié)摿Φ某尚渭夹g(shù)。在FDM 打印制造過程中，溫度一般控制在250 ℃以下，不會影響金剛石的物化性質(zhì)。

FDM 技術(shù)始于20世紀80年代，并于20世紀90年代初由Stratasys Inc.商業(yè)化[10]，歷經(jīng)30 余年的發(fā)展，F(xiàn)DM 打印技術(shù)不斷走向成熟。該技術(shù)是一種基于擠出成形的3D 打印技術(shù)[11]，利用高溫將材料融化成熔融態(tài)，隨后材料由噴嘴擠出，最后在熱床上層層固化堆疊形成立體實物，其打印原理如圖1所示[12]。圖1 中的FDM 技術(shù)打印原理簡單，實現(xiàn)方便，將其用于金剛石工具制備具有一定的優(yōu)越性。

圖1 FDM 工作原理圖Fig.1 FDM working principle diagram

將FDM 技術(shù)應(yīng)用于金剛石工具制造，其優(yōu)勢在于：（1）不會對金剛石產(chǎn)生熱損傷，因打印過程中溫度相對較低，不會影響金剛石顆粒的物化性質(zhì)；（2）成形制件的撓曲變形小，打印原材料在成形的整個過程中不會發(fā)生化學(xué)變化；（3）成本低，F(xiàn)DM 設(shè)備沒有高能束裝置，降低了設(shè)備造價和打印成本，具備較強的產(chǎn)業(yè)化潛力，可實現(xiàn)加工件的批量化生產(chǎn)。

但FDM 技術(shù)也存在一定的缺點：（1）工件表面較粗糙，光潔度較差，成形物體表面有較明顯的條紋；（2）出料不均勻，噴頭容易發(fā)生堵塞；（3）制造金剛石工具的工藝流程相對復(fù)雜，且對于打印材料性能有特定的要求。

利用較成熟的FDM 技術(shù)，增加燒結(jié)環(huán)節(jié)，就成為熔融沉積成形燒結(jié)（fused deposition modeling sintering，F(xiàn)DMS）技術(shù)。用FDMS 制造金剛石工具，特別是制造一些特殊結(jié)構(gòu)等的金剛石工具，由于有FDM 技術(shù)做支撐，近些年迅猛發(fā)展，是研究者關(guān)注的焦點之一。用FDMS 技術(shù)制造金剛石工具的工藝流程分為2 部分：首先，直接利用FDM 技術(shù)打印金屬基金剛石復(fù)合材料得到打印生坯；然后，進行脫脂、燒結(jié)和精拋等后處理得到金剛石工具成品[13]。

2 FDMS 技術(shù)制造金剛石工具的工藝

2.1 工藝流程

FDMS 技術(shù)可有效解決傳統(tǒng)方法制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)金剛石工具的難題，實現(xiàn)微型、異形等復(fù)雜結(jié)構(gòu)金剛石工具的制造，F(xiàn)DMS 技術(shù)具體的工藝流程如圖2所示。

圖2 FDMS 工藝流程圖Fig.2 FDMS process flow chart

FDMS 制備金剛石工具的具體操作步驟包括[14]：（1）混料和密煉，即將金屬合金粉末與金剛石顆粒按照配方比例攪拌均勻，隨后加入相應(yīng)黏結(jié)劑組分再次混合均勻。將材料混合均勻后放入密煉機的密煉室中，在預(yù)設(shè)的密煉溫度和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速條件下完成密煉；（2）造粒，是將混合材料經(jīng)密煉后形成相對密實的整體，將其破碎成顆粒狀后，加入造粒機完成造粒工作；（3）FDM 打印，將材料經(jīng)造粒后填入供料缸，對打印機的打印速度、打印熱床溫度、分層厚度等參數(shù)進行設(shè)置，隨后擠出機構(gòu)依據(jù)三維模型在規(guī)定的路徑下完成金剛石工具預(yù)設(shè)模型的打印工作；（4）后處理，后處理包括脫脂、燒結(jié)和精拋等工序。脫脂：將打印完成的金剛石工具生坯放至脫脂設(shè)備中脫脂，以去除生坯中用于成形的黏結(jié)劑組分等，隨后將其置于一定的溫度下烘干。燒結(jié)：將烘干后的生坯放置于燒結(jié)爐中，設(shè)置燒結(jié)溫度、燒結(jié)壓力、保溫保壓時間等工藝參數(shù)，完成燒結(jié)工作。精拋：將燒結(jié)后得到的金剛石工具進行拋光和其他精加工處理，最終得到金剛石工具成品。

2.2 FDM 中黏結(jié)劑選擇

與ABS、PLA 等熱塑性材料不同，F(xiàn)DM 制造金剛石工具的打印材料是由金剛石、金屬或非金屬粉末以及黏結(jié)劑等組成的復(fù)合材料。其中的黏結(jié)劑在復(fù)合材料中充當最關(guān)鍵的角色，其需要有足夠的能力包覆金剛石與金屬粉，但由于金剛石化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定，幾乎不與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，所以黏結(jié)劑的選擇在制備適宜打印的材料中十分重要。為保證生坯的打印質(zhì)量，打印用復(fù)合材料需滿足以下要求[15-16]：

（1）黏度：良好的流動性是保證打印材料穩(wěn)定擠出的關(guān)鍵，如果材料黏度過高，易導(dǎo)致材料擠出困難，嚴重時還可能造成噴嘴堵塞；反之，材料黏度過低，材料擠出速度過快，易導(dǎo)致出料垂涎、打印失穩(wěn)，因此在選擇制備材料時需嚴格控制材料的黏度范圍；

（2）力學(xué)性能：材料應(yīng)具備一定的韌性，能承受送料的壓力且在一定的變形能力，避免在進料過程中發(fā)生斷裂而影響打印質(zhì)量；

（3）黏性：3D 打印時材料是逐層累加的，制件的層與層連結(jié)往往是制件的薄弱處，因此材料應(yīng)具備一定的黏性，防止打印時制件出現(xiàn)層間斷裂；

（4）收縮率：在FDM 成形過程中，材料會經(jīng)過固體-液體、液體-固體2 次相變，伴隨著較為強烈的吸放熱，若此時打印材料的收縮率太大，則容易導(dǎo)致打印件內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，從而引起打印件產(chǎn)生翹曲等，因此在材料打印時要盡量降低其收縮率。

3 FDM 中的打印參數(shù)優(yōu)化

打印材料配制與優(yōu)選使其具備優(yōu)良的力學(xué)性能是FDM 技術(shù)成功制造三維零件的前提。恰當設(shè)置打印參數(shù)有助于良好發(fā)揮打印材料性能，并且有助于提高制件的打印質(zhì)量[17]。FDM 技術(shù)存在眾多對打印過程產(chǎn)生影響的打印參數(shù)，其相互聯(lián)系，參數(shù)間組合復(fù)雜，在進行參數(shù)優(yōu)化組合時存在較大困難[18-19]。因此，有必要對FDM 打印參數(shù)進行研究，通過設(shè)置合理的打印參數(shù)來提高金剛石工具生坯的打印質(zhì)量。

對顯著影響三維生坯打印質(zhì)量的打印參數(shù)進行遴選，通過對其進行識別并確定各參數(shù)的最優(yōu)值和最優(yōu)組合方式以提高生坯的打印質(zhì)量和制件效率，并減少后期工作量。目前，F(xiàn)DM 技術(shù)打印參數(shù)優(yōu)化相關(guān)研究多是針對熱塑性材料的，這對基于金屬基的金剛石復(fù)合材料所制備的金剛石工具生坯打印質(zhì)量的提高同樣具有指導(dǎo)意義。

針對FDM 打印參數(shù)對打印制件表面光潔度、尺寸精度和機械性能的影響，國內(nèi)外學(xué)者展開了一系列研究。NIDAGUNDI 等[20]研究了ABS 制件分層厚度、光柵角度和構(gòu)建取向?qū)Τ叽缇鹊挠绊?，設(shè)計正交陣列試驗，將極限抗拉強度、表面粗糙度、尺寸精度和制造時間作為響應(yīng)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)分層厚度對打印質(zhì)量的影響最顯著，且低層厚、0°光柵角度和構(gòu)建取向得到的尺寸偏差最小。該研究表明，打印參數(shù)的優(yōu)化設(shè)置能夠有效提高制件打印精度，這為利用FDM 技術(shù)制造高精度的金剛石工具提供了參考。董偉等[21]討論了分層厚度、填充率、打印速度與噴嘴溫度等4 種打印參數(shù)對FDM 成形大尺寸薄壁類制品硬度的影響，設(shè)計4 因素3 水平正交打印試驗，通過極差和交互作用分析，發(fā)現(xiàn)4 種參數(shù)均能對大尺寸薄壁類制品的硬度產(chǎn)生影響，且影響程度由大到小依次為分層厚度、填充密度、打印速度、噴嘴溫度，該研究成果有助于指導(dǎo)利用FDM技術(shù)制造高硬度的較大尺寸的金剛石工具。DEY 等[22]對打印參數(shù)與高質(zhì)量制件之間的關(guān)聯(lián)性進行了較為系統(tǒng)的總結(jié)和論述，指出當分層厚度和溫度設(shè)定值較低時，制件尺寸精度相對提高；且發(fā)現(xiàn)分層厚度和制件表面光潔度表現(xiàn)出較強的關(guān)聯(lián)性，當分層厚度設(shè)定值較低時，表面光潔度相對提高。該研究成果為利用FDM技術(shù)制備表面光潔度良好的金剛石工具提供了參考。FDM 技術(shù)中打印參數(shù)不僅對制件尺寸精度和表面光潔度起著關(guān)鍵性作用，還會對制件的力學(xué)性能（抗拉強度、抗壓強度和抗彎強度）產(chǎn)生較大的影響。研究表明[23-24]：構(gòu)建方向是影響制件抗拉強度最重要的參數(shù)，當構(gòu)建方向為0°時，抗拉強度獲得最大值；同時抗拉強度也受到填充率和噴嘴溫度的影響，具體表現(xiàn)為：在一定范圍內(nèi)，抗拉強度隨著填充率和噴嘴溫度升高而變大；抗壓強度主要受分層厚度和填充率的影響，分層厚度和填充率的提高可增加制件的抗壓縮性能。由于抗彎強度與打印參數(shù)之間的關(guān)系錯綜復(fù)雜，需要進行進一步的研究。

綜上所述，優(yōu)化打印參數(shù)可有效提高打印產(chǎn)品的尺寸精度和表面光潔度，并且能夠較好地提升打印產(chǎn)品的力學(xué)性能，且在提高生產(chǎn)率以及減少生產(chǎn)時間和成本方面也發(fā)揮著重要作用。已有研究成果將為利用FDM 技術(shù)制造金剛石工具提供指導(dǎo)和借鑒作用。

4 FDM 打印機結(jié)構(gòu)功能優(yōu)化

FDM 型3D 打印機作為工藝的載體，是順利完成打印工作的最基本保障，對其進行優(yōu)化改造、打印誤差補償?shù)?，有助于提高三維制件的打印精度。目前市場上的FDM 打印機種類繁多，但針對不同的打印材料，F(xiàn)DM 打印機普遍存在打印精度不高、材料擠出不穩(wěn)定等問題，這必然會影響打印件的質(zhì)量。而金屬基金剛石復(fù)合材料是一種成分十分復(fù)雜的打印材料，使用市面上通用的FMD 型3D 打印機制備金剛石工具時經(jīng)常會出現(xiàn)噴嘴堵塞、噴嘴磨損過快等問題，導(dǎo)致打印效果較差。因此，有必要對FDM 型3D 打印機進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計以適應(yīng)金剛石工具的制造。

4.1 FDM 型3D 打印機送料機構(gòu)與噴嘴的優(yōu)化

FDM 型3D 打印機由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)2 部分組成，其中硬件系統(tǒng)主要包括框架、送料機構(gòu)以及擠出結(jié)構(gòu)3 部分，其主要功能分別是機器整體支撐、運送打印材料、融化擠出材料。送料機構(gòu)和擠出機構(gòu)作為主要工作區(qū)的機構(gòu)，在機器層面往往決定著產(chǎn)品的打印質(zhì)量，國內(nèi)外學(xué)者為此展開了相關(guān)研究和討論。

雷芳等[25]從運動機構(gòu)減重的角度出發(fā)，設(shè)計了一款遠程送料機構(gòu)，實現(xiàn)了送料機構(gòu)與打印頭的分離，通過減輕機構(gòu)重量提高了打印速度和打印精度。該方法考慮了FDM 型3D 打印機結(jié)構(gòu)配置對打印質(zhì)量的影響，表明部件的合理組裝配置會提升打印機的打印性能。王春香等[26-28]對FDM 型打印機噴嘴結(jié)構(gòu)進行了研發(fā)創(chuàng)新，所設(shè)計的新型結(jié)構(gòu)噴嘴能夠較好地改善材料的打印狀況和產(chǎn)品力學(xué)性能。該項研究表明：噴嘴作為FDM 型打印機的核心部件，與打印產(chǎn)品的精度密切關(guān)聯(lián)，優(yōu)化設(shè)計噴嘴結(jié)構(gòu)能顯著提高打印產(chǎn)品的質(zhì)量。這為專用于制造金剛石工具的FDM 型3D 打印機噴嘴設(shè)計提供了思路，可為利用FDM 技術(shù)制備高質(zhì)量的金剛石工具生坯提供指導(dǎo)。朱黎立等[29-30]研究了FDM型打印機的噴嘴溫度對打印精度的影響，并以提高打印流暢性為目的進行了優(yōu)化設(shè)計，研究結(jié)果表明：通過對噴嘴溫度改善進行的優(yōu)化設(shè)計，三維制件的打印質(zhì)量得到了提高。由于金屬基金剛石復(fù)合材料流經(jīng)噴嘴會經(jīng)歷“固態(tài)-熔融態(tài)-固態(tài)”的復(fù)雜相態(tài)轉(zhuǎn)換過程，溫度的驟變會加劇材料的脹縮行為，因而對噴嘴溫度場的合理控制，有利于提高金剛石工具生坯的打印質(zhì)量，從而獲得性能優(yōu)良的打印產(chǎn)品。以上研究主要側(cè)重于噴嘴結(jié)構(gòu)改造，但未關(guān)注噴嘴材質(zhì)優(yōu)化設(shè)計。另外，由于使用FDM 技術(shù)在打印金剛石復(fù)合材料的過程中，金剛石顆粒極易造成噴嘴過度磨損問題，因此有必要基于噴嘴材質(zhì)設(shè)計一款耐磨損的金剛石噴嘴。

4.2 FDM 型3D 打印機軟件系統(tǒng)的優(yōu)化

FDM 型3D 打印機硬件系統(tǒng)依據(jù)軟件系統(tǒng)的指令完成打印工作，對打印機軟件系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計的目的，是為了達到高效控制硬件系統(tǒng)進而提高制件打印質(zhì)量。

程雨等[31]基于Open SCene Graph（OSG）三維渲染引擎開發(fā)了一種新型打印切片軟件，該軟件能夠?qū)崟r反映打印坯體塑造過程的三維圖像，更加直觀地觀測打印過程，為FDM 打印機切片軟件設(shè)計提供了新思路。DEZAKI 等[32]比較了計算機輔助設(shè)計(CAD)模型和FDM 打印實物的填充模式和填充密度，認為使用CAD 對FDM 切片軟件進行輔助設(shè)計有助于得到更高強度和剛度的成形制件，該研究證明對軟件系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計能夠提高FDM 制件的力學(xué)性能。因此，利用FDM 技術(shù)制造金剛石工具時，也應(yīng)對機器配套的軟件系統(tǒng)進行相應(yīng)優(yōu)化，力求使打印質(zhì)量達到最佳。KUN等[33]研究了打印軌跡對打印產(chǎn)品性能的影響，使用Autodesk Inventor 在FDM 切片軟件組裝環(huán)境中構(gòu)造1臺虛擬打印機，可直觀地展示打印材料在打印機送料機構(gòu)中的運動軌跡，實時監(jiān)測打印機的送料情況，及時發(fā)現(xiàn)打印過程存在的各種問題。該研究提出的打印過程監(jiān)測機制有助于FDM 打印機軟件系統(tǒng)的革新發(fā)展。TONG 等[34]提出了一種軟件誤差補償方法，能夠自動對比校正STL 和SSL 文件以提高FDM 打印機構(gòu)建產(chǎn)品的準確度，并通過軟件誤差補償提高制件打印精度，有助于指導(dǎo)切片軟件的進一步發(fā)展。WASSERFALL等[35]提出了一種新的誤差測量方法，能夠計算模型和打印對象之間的體積表面偏差，并以此為基礎(chǔ)開發(fā)了一種新型自適應(yīng)切片算法，該算法設(shè)計思路豐富了切片軟件的編程設(shè)計，有助于研發(fā)一套專門適用于金剛石工具制造的FDM 型3D 打印機軟件系統(tǒng)。

上述研究成果通過對塑造及送料過程進行監(jiān)測、誤差測量與補償?shù)?，從而對FDM 型3D 打印機軟件系統(tǒng)進行優(yōu)化，從改造FDM 機器軟件系統(tǒng)的角度出發(fā)使制件打印精度和力學(xué)性能得到較大提高，為利用FDM技術(shù)制備金剛石工具的配套軟件系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計提供了寶貴經(jīng)驗。

5 FDMS 制造金剛石超薄片

金剛石超薄片主要用于陶瓷、玻璃、藍寶石、半導(dǎo)體等材料的高精度切割和刻槽。隨著互聯(lián)網(wǎng)人工智能的快速發(fā)展，超薄劃片已經(jīng)成為國內(nèi)半導(dǎo)體主要加工手段之一，其主要是將排列密度的集成電路切割分離，并保證硅晶片切口整齊、沒有裂紋。

傳統(tǒng)工藝方法在制作超薄片時會面臨布料不均，減薄時耗材過多，內(nèi)部金剛石顆粒分布過于密集等問題。而利用FDMS 技術(shù)制造金剛石超薄片可以迅速成形、節(jié)約材料，且內(nèi)部金剛石顆粒分布均勻，胎體易磨損出刃良好。

蘇舟[36]開展了FDMS 制造金剛石超薄片的研究，并取得了較大的突破。FDMS 制備的金剛石超薄片樣品如圖3所示。

圖3 FDMS 制備的金剛石超薄片F(xiàn)ig.3 Ultra-thin diamond blades prepared by FDMS

FDMS 制造金剛石超薄片的工藝流程包括：（1）混料與密煉；（2）制粒與拉絲；（3）建模與打印；（4）脫脂與燒結(jié)；（5）精拋后處理與制成品。金剛石超薄片具體工作情況如圖4所示。

圖4 金剛石超薄片工作情況Fig.4 Working condition of diamond ultra-thin blade

蘇舟[36]用FDMS 技術(shù)制造的金剛石超薄片由固體粉末和黏結(jié)劑構(gòu)成，固體粉末包括霧化法制備的CuSn15 粉末和金剛石微粉。其中：CuSn15 粉末的粒度代號為325/400，質(zhì)量分數(shù)為70%；金剛石微粉的質(zhì)量分數(shù)為30%，粒度代號為325/400。超薄片的制造工藝流程包括密煉、拉絲、打印、脫脂和燒結(jié)，燒結(jié)后的超薄片經(jīng)過研磨加工后上機試切，根據(jù)切屑尺寸來衡量其切割性能。圖5 為該超薄片對藍水晶切槽。從圖5 可以看出：雖然切屑尺寸較大，碎裂嚴重，但劃片本身完好，劃槽基本規(guī)整，且隨著切割距離的增大，劃槽表面越來越光滑。

圖5 人造藍水晶切槽圖Fig.5 Slotting diagram of artificial blue crystal

目前，F(xiàn)DMS 制備的金剛石超薄片主要性能參數(shù)如下：（1）?60 mm 金剛石超薄片，打印生坯厚度＜0.30 mm，燒結(jié)坯厚度＜0.20 mm，精拋后成品厚度＜0.10 mm，成品平面度＜0.002 mm；（2）?100 mm金剛石超薄片，打印生坯厚度＜0.50 mm，燒結(jié)坯厚度＜0.30 mm，精拋后成品厚度＜0.20 mm，成品平面度＜0.002 mm。

6 結(jié)語與展望

FDM 技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于ABS、PLA 等熱塑性材料的加工制造，但用于制造金屬基金剛石工具的相關(guān)研究較少。基于FDM 技術(shù)的特點，增加燒結(jié)環(huán)節(jié)，就成為FDMS 技術(shù)，將其應(yīng)用于特殊結(jié)構(gòu)的金屬基金剛石工具制備是可行的。FDMS 制備金剛石工具的工藝流程為混料-密煉-制粒-打印-脫脂-燒結(jié)-精拋后處理-成品，在制備過程中，黏結(jié)劑的選用與打印參數(shù)的優(yōu)化等直接影響金剛石工具生坯的質(zhì)量。同時，由于金剛石顆粒成分和其他因素的影響，需要對FDM打印機的噴嘴和送料機構(gòu)等進行優(yōu)化，以獲得高質(zhì)量的金剛石工具生坯。

FDMS 制備金屬基金剛石工具值得關(guān)注2 方面的問題：一是金屬基金剛石復(fù)合材料配方（含黏結(jié)劑）的優(yōu)化設(shè)計。打印原料是FDMS 技術(shù)的核心，目前金屬基金剛石復(fù)合材料配方較少，需要對其進行研發(fā)，以實現(xiàn)高性能金屬基金剛石復(fù)合材料的制備；二是建立金屬基復(fù)合材料FDMS 打印參數(shù)和成形質(zhì)量間的評價體系。打印參數(shù)是影響打印件質(zhì)量的關(guān)鍵因素，目前基于FDMS 打印參數(shù)和成形質(zhì)量間的評價體系的研究比較匱乏，建立FDMS 打印參數(shù)與其成形質(zhì)量的評價體系，將對利用FDMS 制備高質(zhì)量金剛石工具起到重要的促進作用。