Möchten Sie mehr über die Grundlagen des FDM-3D-Drucks erfahren? Dieser Artikel untersucht die zugrunde liegenden Prinzipien der FDM-Technologie und erklärt, warum sie eine praktikable und kostengünstige Option für das Rapid Prototyping ist. Lesen Sie weiter, um Einblicke in die neueste 3D-Drucktechnologie zu erhalten und eine fundierte Entscheidung bei der Prüfung von 3D-Druckoptionen zu treffen.
Inhaltsverzeichnis
Der wachsende Markt für FDM-3D-Druck
Ein umfassendes Verständnis der FDM-3D-Drucktechnologie
Vor- und Nachteile des FDM 3D-Druckverfahrens
Anwendungen des FDM-3D-Drucks
Der wachsende Markt für FDM-3D-Druck
Der globale 3D-Druckmarkt war US-Dollar wert13.84 Es wird prognostiziert, dass der Markt im Jahr 2021 einen Wert von 20.8 Milliarden US-Dollar erreichen wird und zwischen 2020 und 2030 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 3 % wachsen wird. Der Markt ist aufgrund erheblicher Investitionen in Forschung und Entwicklung im XNUMXD-Druck und einer steigenden Nachfrage nach Prototyping-Anwendungen in den Bereichen Automobil, Gesundheitswesen und Verteidigungsindustrie.
Der FDM-3D-Druck erfreut sich in den letzten Jahren aufgrund seiner hohen Leistung bei geringeren Kosten immer größerer Beliebtheit und spart Unternehmen bis zu 50 % ihres Werkzeugprozesses. Weitere Vorteile sind Rapid Prototyping, On-Demand-Druck, Designflexibilität, minimaler Abfall und so weiter.
Lesen Sie weiter, um mehr über die Grundlagen zu erfahren FDM 3D-Technologie, ihre Eigenschaften und ihre Vorteile gegenüber anderen Druckverfahren.
Ein umfassendes Verständnis der FDM-3D-Drucktechnologie
Was ist FDM-Technologie für den 3D-Druck?
Fused Deposition Modeling (FDM) ist eine additive Fertigungstechnik, bei der Materialien durch eine Düse extrudiert und zu dreidimensionalen Objekten verschmolzen werden. Im Vergleich zum 3D-Druck von Beton und Lebensmitteln unterscheidet sich das Standard-FDM-Verfahren von anderen Materialextrusionstechniken. Als Ausgangsmaterial werden Thermoplaste verwendet, meist in Form von Filamenten oder Pellets.
Typischerweise ein FDM 3D Drucker schmilzt Materialien, indem es Filamente auf Polymerbasis durch eine beheizte Düse drückt; Die Materialien werden dann in 2D-Schichten auf der Bauplattform abgelegt. Diese Schichten verschmelzen schließlich zu 3D-Teilen.
Insgesamt ist ein FDM-Drucker der schnellste Weg zum 3D-Druck und zudem zugänglich und effizient. Diese Drucker dominieren den 3D-Druckmarkt, da sie einfacher zu verwenden sind als 3D-Drucker aus Harz und kostengünstiger als pulverbasierte Gegenstücke wie SLS.
Wann wurde die FDM-Technologie eingeführt?
Obwohl FDM derzeit die am weitesten verbreitete 3D-Drucktechnik ist, war es nicht die erste 3D-Technik, die entwickelt wurde. Wenige Jahre nach der Anmeldung der Patente für Stereolithographie (SLA) und selektives Lasersintern (SLS) reichte Scott Crump 1989 das erste FDM-Patent ein.
Die FDM-Technologie erfreute sich nur bei nichtkommerziellen Anwendern großer Beliebtheit, beispielsweise bei Akademikern der University of Bath, die in erster Linie an der Entwicklung selbstreproduzierender Geräte interessiert waren. Das FDM-Patent lief jedoch 2009 aus und die Pioniere dieser Technologie gründeten MakerBot Industries, um 3D zu kommerzialisieren Drucker.
Wie funktioniert FDM-3D-Druck?
An FDM 3D-Drucker erstellen Objekte, indem sie geschmolzene Filamentmaterialien Schicht für Schicht auf eine Bauplattform auftragen, bis Sie ein vollständiges Teil haben. Sie nutzen die auf die Maschine hochgeladenen digitalen Designdateien, um die physischen Abmessungen zu ermitteln. Diese Drucker verwenden Polymere wie PLA, ABS, PEI und PETG, die als Fäden durch eine beheizte Düse übertragen werden.
Um den Drucker zu starten, wird eine Spule mit thermoplastischem Filament in den Drucker geladen. Sobald die Düse die gewünschte Temperatur erreicht hat, durchläuft das Filament einen Extrusionskopf und eine Düse.
Dieser Extrusionskopf ist mit einem Drei-Achsen-System verbunden und kann sich entlang der X-, Y- und Z-Achse bewegen. Anschließend extrudiert die Maschine geschmolzenes Material in dünnen Schichten, die Schicht für Schicht in das vorgegebene Design aufgetragen werden. Schließlich kühlt das Material ab und verfestigt sich.
Es sind mehrere Durchgänge erforderlich, um ein Projekt abzuschließen. Die Bauplattform senkt sich ab und der Drucker beginnt mit der Arbeit an der nächsten Schicht, nachdem er die vorherige Schicht fertiggestellt hat. Bei einigen Maschinen bewegt sich der Extrusionskopf auf und ab, bis das Stück fertig ist.
Was sind die Merkmale des FDM-3D-Drucks?
Obwohl FDM 3D Drucker Obwohl sich die Teilequalität und ihre Extrusionssysteme je nach Marke und Modell unterscheiden, sind einige Merkmale bei allen FDM-Druckern gleich.
1. Baugeschwindigkeit und Temperatur
Bei fast allen FDM-Systemen können Benutzer die Temperatur, die Baugeschwindigkeit, die Lüftergeschwindigkeit und die Schichthöhe nach Bedarf ändern. Diese werden typischerweise vom Druckdienstleister festgelegt und variieren je nach Material.
2. Volumen aufbauen
Das Bauvolumen bezieht sich auf die Größe des Teils, das der Drucker erzeugen kann. Ein DIY-3D-Drucker hat typischerweise ein Bauvolumen von 200 x 200 mm, während eine Industriemaschine ein Bauvolumen von 1000 x 1000 x 1000 mm haben kann. Benutzer müssen das Bauvolumen des Druckers und ihr vorgeschlagenes Design berücksichtigen, bevor sie einen Kauf tätigen. Große Modelle können jedoch auch in kleineren Stücken gedruckt werden.
3. Schichthaftung
Beim FDM-Druck ist eine gute Haftung zwischen den aufgetragenen Schichten eines Teils von entscheidender Bedeutung. Die zuvor gedruckte Schicht wird mit geschmolzenem Thermoplast verschmolzen, den der Drucker durch die Düse extrudiert. Diese Schicht schmilzt unter hohem Druck und hoher Temperatur wieder auf und verbindet sich mit der vorherigen Schicht.
Darüber hinaus ändert sich die Form des geschmolzenen Materials in ein Oval, wenn es gegen die zuvor gedruckte Schicht drückt. Unabhängig von der verwendeten Schichthöhe haben die FDM-Teile immer eine wellige Oberfläche und kleine Merkmale wie Gewinde oder kleine Löcher müssen möglicherweise nachbearbeitet werden.
4. Schichthöhe
In einer FDM-Maschine kann die Schichthöhe zwischen 0.02 mm und 0.4 mm betragen. Es werden glattere Teile hergestellt und gekrümmte Geometrien werden mit geringeren Schichthöhen präzise erfasst. Andererseits ist das Drucken von Teilen mit einer höheren Schichthöhe schneller und kostengünstiger. Eine Schichthöhe von 0.2 mm bietet typischerweise ein gutes Gleichgewicht zwischen Zeit, Kosten und Qualität.
5. Füllung und Schalendicke
FDM-Drucker produzieren normalerweise keine festen Teile, um die Druckzeit zu verkürzen und Material zu verschwenden. Stattdessen zeichnet der Drucker den Außenumfang der Hülle mehrmals nach, bevor er den Innenraum, das so genannte Infill, mit einer inneren Struktur geringer Dichte füllt.
Die Festigkeit der Druckteile wird durch die Füllungs- und Schalendicke bestimmt. Die meisten Desktop-FDM-Drucker haben eine Standardfüllungsdichte von 20 % und eine Gehäusedicke von 1 mm. Dadurch ergibt sich ein perfektes Gleichgewicht zwischen Stärke und Geschwindigkeit für schnelle Ausdrucke.
6. Verziehen
Verziehen ist einer der häufigsten FDM-Fehler – wenn extrudierte Materialien erstarren, schrumpfen sie in ihrer Größe. Darüber hinaus kühlen verschiedene Abschnitte des gedruckten Teils unterschiedlich schnell ab und auch ihre Abmessungen ändern sich unterschiedlich schnell. Aufgrund des inneren Spannungsaufbaus, der durch diese unterschiedliche Abkühlung entsteht, bewegt sich die darunter liegende Schicht nach oben und verzieht sich.
Es gibt jedoch verschiedene Methoden, um ein Verziehen zu verhindern. Ein Ansatz besteht darin, die Temperatur des Systems, insbesondere der Bauplattform und der Kammer, genau zu überwachen. Der zweite Schritt besteht darin, die Haftung zwischen der Bauplattform und dem Teil zu verbessern.
Vor- und Nachteile des FDM 3D-Druckverfahrens
Vorteile
Performance
- Im Gegensatz zu anderen Methoden wie Harz-3D-Druckern ist FDM Drucker kann problemlos auf jede beliebige Größe skaliert werden, wobei die einzige Einschränkung in der Bewegung jedes einzelnen Portals besteht.
- Was die Druckmaterialien betrifft, sind FDM-Filamente erschwinglich, insbesondere im Vergleich zu den Materialien, die für andere Methoden wie SLS und Harzdruck benötigt werden.
- Im Vergleich zu ihren Konkurrenten sind FDM-Drucker flexibler. Mit nur wenigen Verbesserungen und Modifikationen können sie eine breite Palette thermoplastischer Materialien drucken, was mit anderen Methoden, bei denen das Material aus Harz oder einem feinen Pulver bestehen muss, nicht möglich ist.
Druckqualität
- Der FDM-Drucker ist flexibel und kann verschiedene FDM-Materialien aufnehmen. Durch einfaches Ändern des Filamenttyps können Teile mit unterschiedlichen Eigenschaften und Erscheinungsbildern erstellt werden.
- Die Druckqualität bezieht sich nicht nur auf das Aussehen, sondern auch auf die mechanische Leistung. Im Vergleich zu zerbrechlichen Harz-3D-Drucken produziert FDM solide und langlebige Teile.
- FDM-Drucker sind außerdem vielseitig einsetzbar, da die Druckqualität zugunsten von Geschwindigkeit und Fingerfertigkeit geopfert werden kann, was sie zu einem idealen Werkzeug für die Herstellung sowohl ästhetisch ansprechender als auch funktionaler Teile macht.
Nachteile
- Der FDM-3D-Druck eignet sich am besten für die Herstellung kleiner Teile, die fertigen Produkte weisen jedoch wahrscheinlich raue Oberflächen auf und müssen nachbearbeitet werden, um ein glatteres Finish zu erzielen.
- Da FDM-Drucker die Filamente Schicht für Schicht platzieren, neigen sie zum Bruch, was dazu führt, dass die Drucke anisotrop sind.
- Der FDM-Druck erfordert den Einsatz von Stützstrukturen, was die Kosten erhöhen kann.
Anwendungen des FDM-3D-Drucks
Architekturmodellierung: 3D-Drucker werden häufig zur Erstellung von Architekturmodellen verwendet, da sie schneller und relativ kostengünstiger sind als herkömmliche Methoden. Mit einer Filamentrolle können drei bis vier Modelle hergestellt werden, wodurch Kosten gespart werden.
Automobilbau: 3D-Druck wird üblicherweise zur Gestaltung der Innenstruktur des Autos verwendet. Anwender können mithilfe von 3D-Software präzise Messungen für den Automobilbau erstellen.
Chirurgische Modelle: das FDM Die 3D-Technologie hat es Ärzten ermöglicht, Operationen besser zu planen, indem sie ihnen Organe zur Verfügung stellt, die eine Nachbildung des Patienten darstellen. Sie haben eine präzise Struktur, können massiv oder hohl hergestellt werden und können innerhalb weniger Stunden gedruckt werden.
