پرینت سه بعدی FDM: هر آنچه که باید بدانید

آیا علاقه مند به یادگیری اصول چاپ سه بعدی FDM هستید؟ این مقاله اصول اساسی فناوری FDM را بررسی می‌کند و توضیح می‌دهد که چرا یک گزینه مناسب و مقرون به صرفه برای نمونه‌سازی سریع است. به خواندن ادامه دهید تا در مورد آخرین فناوری چاپ سه بعدی اطلاعاتی کسب کنید تا هنگام بررسی گزینه های چاپ سه بعدی تصمیمی آگاهانه بگیرید.

فهرست مندرجات
بازار رو به رشد پرینت سه بعدی FDM
درک جامعی از فناوری چاپ سه بعدی FDM
مزایا و معایب روش پرینت سه بعدی FDM
کاربردهای پرینت سه بعدی FDM

بازار رو به رشد پرینت سه بعدی FDM

بازار جهانی پرینت سه بعدی ارزش دلار آمریکا داشت13.84 میلیارد دلار در سال 2021 و پیش بینی می شود که با نرخ رشد سالانه ترکیبی (CAGR) 20.8 درصد بین سال های 2020 تا 2030 رشد کند. به دلیل سرمایه گذاری قابل توجه در تحقیق و توسعه در چاپ سه بعدی و افزایش تقاضا برای نمونه سازی برنامه های کاربردی در صنایع خودروسازی، مراقبت های بهداشتی و دفاعی، بازار رشد کرده است.

پرینت سه بعدی FDM در سال های اخیر به دلیل کارایی بالا با هزینه کمتر، محبوبیت زیادی پیدا کرده است که تا 3٪ در فرآیند ابزارسازی آنها صرفه جویی می کند. از دیگر مزایای آن می توان به نمونه سازی سریع، چاپ بر اساس تقاضا، انعطاف پذیری طراحی، حداقل ضایعات و غیره اشاره کرد.

برای آشنایی با اصول اولیه به خواندن ادامه دهید FDM فناوری سه بعدی، ویژگی های آن و مزایای آن نسبت به سایر روش های چاپ.

درک جامعی از فناوری چاپ سه بعدی FDM

فناوری FDM برای پرینت سه بعدی چیست؟

مدل‌سازی رسوب ذوب شده (FDM) یک تکنیک تولید افزایشی است که شامل اکسترود کردن مواد از طریق یک نازل و ترکیب آنها برای تولید اجسام سه‌بعدی است. در مقایسه با چاپ سه بعدی بتن و مواد غذایی، فرآیند استاندارد FDM با سایر تکنیک های اکستروژن مواد متفاوت است. از ترموپلاستیک ها به عنوان مواد اولیه، معمولاً به شکل رشته یا گلوله استفاده می کند.

به طور معمول، یک FDM 3D چاپگر مواد را با فشار دادن رشته های پلیمری از طریق یک نازل گرم شده ذوب می کند. سپس مواد در لایه های دوبعدی بر روی پلت فرم ساخت قرار می گیرند. این لایه‌ها در نهایت با هم ترکیب می‌شوند و بخش‌های سه بعدی را تشکیل می‌دهند.

به طور کلی، چاپگر FDM سریعترین راه برای چاپ سه بعدی است و در دسترس و کارآمد است. این چاپگرها بر بازار پرینت سه بعدی تسلط دارند زیرا استفاده از آنها نسبت به پرینترهای سه بعدی رزینی ساده تر و نسبت به چاپگرهای پودری مانند SLS ارزان تر است. 

فناوری FDM چه زمانی معرفی شد؟

اگرچه FDM در حال حاضر پرکاربردترین روش پرینت سه بعدی است، اما اولین تکنیک سه بعدی نبود که ایجاد شد. چند سال پس از ثبت اختراع برای استریولیتوگرافی (SLA) و تف جوشی لیزری انتخابی (SLS)، اسکات کرامپ اولین پتنت FDM را در سال 3 ارائه کرد.

فن آوری FDM تنها در میان کاربران غیرتجاری، مانند دانشگاهیان دانشگاه باث، که در درجه اول به ایجاد دستگاه های خود-تکثیر کننده علاقه مند بودند، محبوب بود. با این حال، حق ثبت اختراع FDM در سال 2009 منقضی شد و افرادی که پیشگام این فناوری بودند، MakerBot Industries را برای تجاری سازی سه بعدی تأسیس کردند. پرینتر.

پرینت سه بعدی FDM چگونه کار می کند؟

An FDM چاپگر سه بعدی اشیاء را با قرار دادن مواد رشته ای ذوب شده بر روی یک سکوی ساخت لایه به لایه ایجاد می کند تا زمانی که یک قطعه کامل داشته باشید. آنها از فایل های طراحی دیجیتال آپلود شده در دستگاه برای دریافت ابعاد فیزیکی استفاده می کنند. این چاپگرها از پلیمرهایی مانند PLA، ABS، PEI و PETG استفاده می کنند که به صورت رزوه ای از طریق یک نازل گرم شده منتقل می شوند.

یک قرقره از فیلامنت ترموپلاستیک در چاپگر قرار می گیرد تا چاپگر راه اندازی شود. هنگامی که نازل به دمای مورد نظر رسید، رشته از یک سر و نازل اکستروژن عبور می کند. 

این سر اکستروژن به یک سیستم سه محوره متصل است و می تواند در امتداد محورهای X، Y و Z حرکت کند. سپس دستگاه مواد ذوب شده را در پایه های نازک بیرون می کشد و لایه به لایه در طرح از پیش تعیین شده قرار می گیرد. در نهایت، مواد سرد و جامد می شوند. 

برای تکمیل یک پروژه چندین پاس لازم است. پلت فرم ساخت پایین می آید و چاپگر پس از اتمام لایه قبلی شروع به کار روی لایه بعدی می کند. در برخی از ماشین ها، سر اکستروژن بالا و پایین حرکت می کند تا قطعه کامل شود.

پرینت سه بعدی FDM چه ویژگی هایی دارد؟

اگرچه FDM 3D پرینتر از نظر کیفیت قطعه و سیستم های اکستروژن آنها بسته به مارک و مدل متفاوت است، چند ویژگی در هر چاپگر FDM سازگار است. 

1. ساخت سرعت و دما

تقریباً تمام سیستم های FDM به کاربران اجازه می دهند دما، سرعت ساخت، سرعت فن خنک کننده و ارتفاع لایه را در صورت نیاز تغییر دهند. اینها معمولاً توسط ارائه دهنده خدمات چاپ تعیین می شوند و بسته به مواد متفاوت هستند.

2. حجم ساخت

حجم ساخت به اندازه بخشی که چاپگر می تواند ایجاد کند اشاره دارد. یک چاپگر سه بعدی DIY معمولاً دارای حجم ساخت 3×200 میلی متر است، در حالی که یک دستگاه صنعتی می تواند حجم ساخت 200×1000×1000 میلی متر داشته باشد. کاربران قبل از خرید باید حجم ساخت چاپگر و طرح پیشنهادی آنها را در نظر بگیرند. با این حال، مدل های بزرگ را می توان در قطعات کوچکتر نیز چاپ کرد. 

3. چسبندگی لایه

در چاپ FDM، چسبندگی محکم بین لایه های رسوب شده یک قطعه ضروری است. لایه چاپ شده قبلی با ترموپلاستیک مذاب ذوب می شود که چاپگر از طریق نازل اکسترود می کند. این لایه تحت فشار و دمای بالا دوباره ذوب می شود و به آن اجازه می دهد تا با لایه قبلی پیوند بخورد.

علاوه بر این، شکل ماده مذاب با فشار دادن به لایه چاپ شده قبلی به شکل بیضی تغییر می کند. مهم نیست که چه ارتفاع لایه ای استفاده می شود، قطعات FDM همیشه دارای یک سطح موج دار هستند و ویژگی های کوچک مانند رزوه ها یا سوراخ های کوچک ممکن است نیاز به پس پردازش داشته باشند.

4. ارتفاع لایه

در یک ماشین FDM، ارتفاع لایه می تواند بین 0.02 میلی متر تا 0.4 میلی متر باشد. قطعات صاف‌تر تولید می‌شوند و هندسی منحنی با ارتفاع لایه‌های پایین‌تر به دقت ثبت می‌شوند. از سوی دیگر، چاپ قطعات با ارتفاع لایه بالاتر سریعتر و کم هزینه تر است. ارتفاع لایه 0.2 میلی متر معمولاً تعادل خوبی بین زمان، هزینه و کیفیت است.

5. پر کردن و ضخامت پوسته

چاپگرهای FDM معمولاً قطعات جامد را برای تسریع زمان چاپ و هدر دادن مواد تولید نمی کنند. در عوض، چاپگر محیط بیرونی پوسته را چندین بار قبل از پر کردن فضای داخلی، که به عنوان پرکننده شناخته می‌شود، با ساختار داخلی و با چگالی کم، ردیابی می‌کند.

استحکام قطعات چاپ شده با ضخامت لایه و پوسته تعیین می شود. بیشتر پرینترهای رومیزی FDM دارای تراکم پرکننده پیش فرض 20 درصد و ضخامت پوسته 1 میلی متر هستند. این باعث ایجاد تعادل کامل بین قدرت و سرعت برای چاپ سریع می شود.

6. تاب برداشتن

تاب برداشتن یکی از شایع ترین عیوب FDM است - وقتی مواد اکسترود شده جامد می شوند، اندازه آن کوچک می شود. علاوه بر این، بخش های مختلف قطعه چاپ شده با سرعت های مختلف خنک می شوند و ابعاد آنها نیز با سرعت های مختلف تغییر می کند. به دلیل ایجاد استرس داخلی که توسط این خنک کننده دیفرانسیل ایجاد می شود، لایه زیرین به سمت بالا حرکت می کند و تاب می یابد.

با این حال، روش های مختلفی برای جلوگیری از تاب برداشتن وجود دارد. یک رویکرد نظارت دقیق بر دمای سیستم، به ویژه سکوی ساخت و محفظه است. مرحله دوم بهبود چسبندگی بین سکوی ساخت و قطعه است.

مزایا و معایب روش پرینت سه بعدی FDM

مزایای

عملکرد

• بر خلاف روش های دیگر مانند چاپگرهای سه بعدی رزینی، FDM پرینتر می توان به راحتی به هر اندازه ای مقیاس کرد، تنها محدودیت حرکت هر دروازه است. 
• در مورد مواد چاپی، فیلامنت های FDM مقرون به صرفه هستند، به ویژه در مقایسه با مواد مورد نیاز برای روش های دیگر، مانند چاپ SLS و رزین.
• چاپگرهای FDM در مقایسه با رقبای خود انعطاف پذیرتر هستند. تنها با چند اصلاح و اصلاح می توانند طیف وسیعی از مواد ترموپلاستیک را چاپ کنند که با روش های دیگر که در آن مواد باید رزین یا پودر ریز باشد این امکان وجود ندارد.

کیفیت چاپ

• چاپگر FDM انعطاف پذیر است و می تواند مواد مختلف FDM را در خود جای دهد. به سادگی با تغییر نوع رشته می تواند قطعاتی با خواص و ظاهر متفاوت ایجاد کند.
• کیفیت چاپ نه تنها به ظاهر بلکه به عملکرد مکانیکی آن نیز اشاره دارد. در مقایسه با پرینت های سه بعدی رزین شکننده، FDM قطعات جامد و بادوام تولید می کند.
• چاپگرهای FDM همچنین از این نظر همه کاره هستند که کیفیت چاپ را می‌توان قربانی سرعت و چابکی کرد، و آنها را به ابزاری ایده‌آل برای ایجاد قطعات زیبایی‌شناختی و کاربردی تبدیل می‌کند.

معایب

• پرینت سه بعدی FDM برای تولید قطعات با اندازه کوچک مناسب است، اما محصولات نهایی احتمالاً سطوح ناهمواری دارند و برای داشتن روکش صاف‌تر نیاز به پس پردازش دارند.
• از آنجایی که چاپگرهای FDM فیلامنت ها را لایه به لایه قرار می دهند، مستعد شکستگی هستند و باعث می شود که چاپ ها ناهمسانگرد شوند.
• چاپ FDM نیاز به استفاده از ساختارهای پشتیبانی دارد که می تواند هزینه ها را افزایش دهد.

کاربردهای پرینت سه بعدی FDM

مدلسازی معماری: پرینترهای سه بعدی به طور گسترده برای ایجاد مدل های معماری استفاده می شوند زیرا سریعتر و نسبتا ارزان تر از روش های معمولی هستند. یک رول فیلامنت می تواند سه تا چهار مدل تولید کند و در هزینه ها صرفه جویی کند. 

خودروسازی: معمولا برای طراحی ساختار داخلی خودرو از پرینت سه بعدی استفاده می شود. کاربران می توانند با استفاده از نرم افزار سه بعدی اندازه گیری های دقیقی را برای ساخت خودرو ایجاد کنند.

مدل های جراحیاز: FDM فناوری سه بعدی پزشکان را قادر می سازد تا با ارائه اندام هایی که شبیه به بیمار هستند، جراحی ها را بهتر برنامه ریزی کنند. آنها ساختار دقیقی دارند، می توانند جامد یا توخالی شوند و در چند ساعت قابل چاپ هستند.