FDM 3D プリンティングの基礎について学ぶことに興味がありますか? この記事では、FDM テクノロジの基礎となる原理を探り、FDM テクノロジがラピッド プロトタイピングにとって実行可能かつコスト効率の高いオプションである理由を説明します。 3D プリンティングのオプションを検討する際に情報に基づいた意思決定を行うために、最新の 3D プリンティング テクノロジーに関する洞察を得るために読み続けてください。
目次
成長するFDM 3Dプリンティング市場
FDM 3D プリンティング技術の包括的な理解
FDM 3D プリンティング方式のメリットとデメリット
FDM 3D プリンティングの応用例
成長するFDM 3Dプリンティング市場
世界の 3D プリンティング市場は米ドルの価値がありました13.84 2021 年には 20.8 億人に達し、2020 年から 2030 年の間に 3% の年平均成長率 (CAGR) で成長すると予測されています。この市場は、XNUMXD プリンティングの研究開発への多額の投資と、自動車、ヘルスケア、医療分野でのプロトタイピング アプリケーションの需要の高まりにより成長しました。そして防衛産業。
FDM 3D プリンティングは、低コストで高いパフォーマンスを実現できるため、近年人気が高まっており、企業はツーリング プロセスを最大 50% 節約できます。 その他の利点としては、ラピッド プロトタイピング、オンデマンド印刷、設計の柔軟性、無駄の最小化などが挙げられます。
読み続けて、の基本について学びましょう FDM 3D テクノロジー、その特徴、および他の印刷方法と比較した利点。
FDM 3D プリンティング技術の包括的な理解
3Dプリント用のFDM技術とは何ですか?
溶融堆積モデリング (FDM) は、ノズルから材料を押し出し、それらを融合して 3 次元オブジェクトを作成する積層造形技術です。 コンクリートや食品の XNUMXD プリントと比較すると、標準的な FDM プロセスは他の材料押出技術とは異なります。 熱可塑性プラスチックを原料として使用し、通常はフィラメントまたはペレットの形で使用されます。
通常、FDM 3D プリンタ 加熱されたノズルを通してポリマーベースのフィラメントを押し出すことによって材料を溶かします。 次に、材料はビルド プラットフォーム上に 2D レイヤーで堆積されます。 これらの層は最終的に融合して 3D パーツを形成します。
全体として、FDM プリンタは 3D プリントを行うための最も速い方法であり、アクセスしやすく効率的です。 これらのプリンターは、樹脂 3D プリンターよりも使いやすく、SLS などの粉末ベースのプリンターよりも安価であるため、3D プリンティング市場を支配しています。
FDM テクノロジーはいつ導入されましたか?
FDM は現在最も広く使用されている 3D プリント技術ですが、これが最初に作成された 3D 技術ではありません。 ステレオリソグラフィー (SLA) と選択的レーザー焼結 (SLS) の特許が出願されてから数年後、スコット クランプは 1989 年に最初の FDM 特許を提出しました。
FDM テクノロジーは、主に自己複製デバイスの作成に興味を持っていたバース大学の学者など、非営利ユーザーの間でのみ普及していました。 しかし、FDM 特許は 2009 年に期限切れとなり、この技術の先駆者たちは 3D を商業化するために MakerBot Industries を設立しました。 プリンター.
FDM 3D プリントはどのように機能しますか?
An FDM 3D プリンターは、完全なパーツが完成するまで、ビルド プラットフォーム上に溶融したフィラメント材料を層ごとに堆積させてオブジェクトを作成します。 機械にアップロードされたデジタル設計ファイルを利用して、物理的な寸法を取得します。 これらのプリンターは、PLA、ABS、PEI、PETG などのポリマーを使用しており、加熱されたノズルを通して糸として転写されます。
熱可塑性フィラメントのスプールがプリンターにロードされ、プリンターが起動されます。 ノズルが所望の温度に達すると、フィラメントは押出ヘッドとノズルを通過します。
この押出ヘッドは XNUMX 軸システムにリンクされており、X、Y、Z 軸に沿って移動できます。 次に、機械は溶解した材料を薄いスタンドに押し出し、所定のデザインに層ごとに堆積させます。 最終的に、材料は冷えて固まります。
プロジェクトを完了するにはいくつかのパスが必要です。 ビルド プラットフォームが下降し、プリンターは前の層を終了した後、次の層の作業を開始します。 一部の機械では、押出ヘッドが製品が完成するまで上下に移動します。
FDM 3D プリントの特徴は何ですか?
FDM 3D ですが プリンター パーツの品質や押出システムはブランドやモデルによって異なりますが、いくつかの特性はどの FDM プリンターでも一貫しています。
1. ビルド速度と温度
ほぼすべての FDM システムでは、ユーザーは必要に応じて温度、ビルド速度、冷却ファン速度、層の高さを変更できます。 これらは通常、印刷サービスプロバイダーによって決定され、素材によって異なります。
2. ボリュームを構築する
造形ボリュームとは、プリンターが作成できるパーツのサイズを指します。 DIY 3D プリンターのビルド ボリュームは通常 200 x 200 mm ですが、産業用機械のビルド ボリュームは 1000 x 1000 x 1000 mm です。 ユーザーは、購入する前に、プリンタの製造量と提案されたデザインを考慮する必要があります。 ただし、大きなモデルは小さなチャンクで印刷することもできます。
3. 層の接着力
FDM 印刷では、部品の蒸着層間の強固な接着が不可欠です。 事前に印刷された層は、プリンターがノズルから押し出す溶融熱可塑性プラスチックと融合されます。 この層は高圧と高温下で再溶解し、前の層と結合します。
さらに、溶融した材料が前に印刷された層に押し付けられると、その形状が楕円形に変化します。 使用する層の高さに関係なく、FDM パーツの表面は常に波状になっており、ねじ山や小さな穴などの小さなフィーチャには後処理が必要になる場合があります。
4. レイヤーの高さ
FDM マシンでは、層の高さは 0.02 mm ～ 0.4 mm になります。 より滑らかなパーツが生成され、低いレイヤー高さで湾曲した幾何学形状が正確にキャプチャされます。 一方、層の高さが高いパーツを印刷すると、より速く、より安価になります。 通常、層の高さは 0.2 mm が、時間、コスト、品質のバランスが取れています。
5. インフィルとシェルの厚さ
FDM プリンタは通常、印刷時間を短縮し材料を無駄にするために固体部品を生成しません。 代わりに、プリンターはシェルの外周を数回トレースしてから、充填物として知られる内部を内部の低密度構造で満たします。
印刷パーツの強度は、充填材とシェルの厚さによって決まります。 ほとんどのデスクトップ FDM プリンタのデフォルトの充填密度は 20%、シェルの厚さは 1 mm です。 これにより、強度と速度の完璧なバランスが実現され、素早いプリントが可能になります。
6.ワーピング
反りは FDM の最も一般的な欠陥の XNUMX つであり、押し出された材料が固化するとサイズが縮小します。 さらに、印刷された部品のさまざまなセクションはさまざまな速度で冷却され、その寸法もさまざまな速度で変化します。 この差動冷却によってもたらされる内部応力の蓄積により、下にある層が上方に移動して歪みます。
しかし、反りを防止するにはさまざまな方法があります。 XNUMX つのアプローチは、システム、特にビルド プラットフォームとチャンバーの温度を注意深く監視することです。 XNUMX 番目のステップは、ビルド プラットフォームとパーツの間の接着を改善することです。
FDM 3D プリンティング方式のメリットとデメリット
Advantages
性能
- 樹脂3Dプリンターなどの他の方式とは異なり、FDMは プリンター あらゆるサイズに簡単に拡大縮小できますが、唯一の制限は各ガントリーの動きです。
- 印刷材料に関しては、FDM フィラメントは、特に SLS や樹脂印刷などの他の方法に必要な材料と比較して、手頃な価格です。
- 競合他社と比較して、FDM プリンタはより柔軟です。 わずかな改良と変更を加えるだけで、広範囲の熱可塑性材料を印刷できます。これは、材料が樹脂または微粉末でなければならない他の方法では不可能です。
印刷品質
- FDM プリンタは柔軟性があり、さまざまな FDM 素材に対応できます。 フィラメントの種類を変更するだけで、さまざまな特性や外観を持つ部品を作成できます。
- 印刷品質とは、外観だけでなく機械的性能も指します。 壊れやすい樹脂 3D プリントと比較して、FDM は堅牢で耐久性のあるパーツを生成します。
- FDM プリンタは、印刷品質を犠牲にして速度と器用さを犠牲にすることもできる多用途性も備えており、見た目の美しい部品と機能的な部品の両方を作成するための理想的なツールとなっています。
デメリット
- FDM 3D プリンティングは小型部品の製造に最適ですが、完成品の表面は粗くなりやすく、より滑らかに仕上げるためには後処理が必要です。
- FDM プリンタはフィラメントを層ごとに配置するため、フィラメントが破損しやすく、プリントに異方性が生じます。
- FDM 印刷ではサポート構造を使用する必要があるため、コストが上昇する可能性があります。
FDM 3D プリンティングの応用例
建築モデリング: 3D プリンターは従来の方法よりも高速で比較的安価であるため、建築モデルの作成に広く使用されています。 XNUMX ロールのフィラメントで XNUMX ～ XNUMX つのモデルを作成できるため、コストを節約できます。
自動車製造: 3D プリントは、自動車の内部構造の設計に一般的に使用されています。 ユーザーは 3D ソフトウェアを使用して、自動車製造のための正確な測定値を作成できます。
手術模型： FDM 3D テクノロジーにより、医師は患者のレプリカである臓器を提供することで、より適切に手術を計画できるようになりました。 精密な構造を持ち、中実または中空にすることができ、数時間で印刷できます。
