Drukowanie 3D FDM: wszystko, co musisz wiedzieć

Chcesz poznać podstawy druku 3D FDM? W tym artykule omówiono podstawowe zasady technologii FDM i wyjaśniono, dlaczego jest to opłacalna i opłacalna opcja szybkiego prototypowania. Czytaj dalej, aby uzyskać informacje na temat najnowszej technologii druku 3D, aby móc podjąć świadomą decyzję przy wyborze opcji druku 3D.

Spis treści
Rozwijający się rynek druku 3D FDM
Kompleksowe zrozumienie technologii druku 3D FDM
Zalety i wady metody druku 3D FDM
Zastosowania druku 3D FDM

Rozwijający się rynek druku 3D FDM

Wartość światowego rynku druku 3D wynosiła XNUMX USD13.84 miliardów dolarów w 2021 r. i przewiduje się, że w latach 20.8–2020 będzie rósł ze średnioroczną stopą wzrostu (CAGR) na poziomie 2030%. Rynek ten rozwinął się dzięki znacznym inwestycjom w prace badawczo-rozwojowe w zakresie druku 3D i rosnącemu popytowi na zastosowania prototypowe w przemyśle motoryzacyjnym, opieki zdrowotnej i obronnym.

Drukowanie 3D metodą FDM zyskało na popularności w ostatnich latach ze względu na wysoką wydajność przy niższych kosztach, co pozwala firmom zaoszczędzić do 50% na procesie oprzyrządowania. Inne korzyści obejmują szybkie prototypowanie, drukowanie na żądanie, elastyczność projektowania, minimalną ilość odpadów itd.

Czytaj dalej, aby poznać podstawy FDM Technologia 3D, jej cechy i zalety w porównaniu z innymi metodami drukowania.

Kompleksowe zrozumienie technologii druku 3D FDM

Czym jest technologia FDM w druku 3D?

Modelowanie osadzania topionego materiału (FDM) to technika wytwarzania addytywnego, która polega na wytłaczaniu materiałów przez dyszę i łączeniu ich w celu uzyskania trójwymiarowych obiektów. W porównaniu do drukowania 3D betonu i żywności, standardowy proces FDM różni się od innych technik wytłaczania materiałów. Wykorzystuje tworzywa termoplastyczne jako materiały wsadowe, zwykle w postaci włókien lub peletek.

Zwykle FDM 3D drukarka topi materiały poprzez przepychanie filamentu na bazie polimeru przez rozgrzaną dyszę; materiały są następnie osadzane na platformie roboczej w warstwach 2D. Warstwy te ostatecznie łączą się, tworząc części 3D.

Ogólnie rzecz biorąc, drukarka FDM jest najszybszym sposobem drukowania 3D, jest dostępna i wydajna. Te drukarki dominują na rynku drukowania 3D, ponieważ są łatwiejsze w użyciu niż drukarki 3D z żywicą i tańsze niż odpowiedniki oparte na proszku, takie jak SLS. 

Kiedy wprowadzono technologię FDM?

Chociaż FDM jest obecnie najpowszechniej stosowaną techniką druku 3D, nie była to pierwsza technika 3D, która została stworzona. Kilka lat po złożeniu patentów na stereolitografię (SLA) i selektywne spiekanie laserowe (SLS), Scott Crump złożył pierwszy patent na FDM w 1989 r.

Technologia FDM była popularna tylko wśród użytkowników niekomercyjnych, takich jak pracownicy naukowi na University of Bath, których interesowało przede wszystkim tworzenie urządzeń samoreplikujących się. Patent FDM wygasł jednak w 2009 r., a osoby, które były pionierami tej technologii, założyły MakerBot Industries, aby skomercjalizować druk 3D drukarki.

Jak działa druk 3D FDM?

An FDM Drukarka 3D tworzy obiekty poprzez osadzanie stopionych materiałów filamentowych na platformie roboczej warstwa po warstwie, aż do uzyskania kompletnej części. Wykorzystują cyfrowe pliki projektowe przesłane do maszyny, aby uzyskać wymiary fizyczne. Te drukarki wykorzystują polimery, takie jak PLA, ABS, PEI i PETG, które są przenoszone jako nici przez podgrzewaną dyszę.

Szpula z filamentem termoplastycznym jest ładowana do drukarki, aby ją uruchomić. Gdy dysza osiągnie pożądaną temperaturę, filament przechodzi przez głowicę wytłaczającą i dyszę. 

Ta głowica wytłaczająca jest połączona z systemem trójosiowym i może poruszać się wzdłuż osi X, Y i Z. Następnie maszyna wytłacza stopiony materiał w cienkich stojakach, osadzanych warstwa po warstwie w ustalonym projekcie. Ostatecznie materiał stygnie i krzepnie. 

Zakończenie projektu wymaga kilku przejść. Platforma robocza opada, a drukarka zaczyna pracę nad kolejną warstwą po zakończeniu poprzedniej warstwy. W niektórych maszynach głowica wytłaczarki porusza się w górę i w dół, aż do ukończenia elementu.

Jakie są cechy druku 3D FDM?

Chociaż FDM 3D drukarki różnią się pod względem jakości części i systemów wytłaczania w zależności od marki i modelu, jednak kilka cech jest wspólnych dla każdej drukarki FDM. 

1. Prędkość i temperatura budowy

Prawie wszystkie systemy FDM pozwalają użytkownikom zmieniać temperaturę, prędkość drukowania, prędkość wentylatora chłodzącego i wysokość warstwy w razie potrzeby. Są one zazwyczaj określane przez dostawcę usług drukowania i różnią się w zależności od materiału.

2. Objętość kompilacji

Objętość robocza odnosi się do rozmiaru części, którą drukarka może utworzyć. Drukarka 3D DIY ma zazwyczaj objętość roboczą 200 x 200 mm, podczas gdy maszyna przemysłowa może mieć objętość roboczą 1000 x 1000 x 1000 mm. Użytkownicy muszą wziąć pod uwagę objętość roboczą drukarki i proponowany projekt przed dokonaniem zakupu. Duże modele można jednak również drukować w mniejszych fragmentach. 

3. Przyczepność warstw

W druku FDM ścisła przyczepność między osadzonymi warstwami części jest niezbędna. Wcześniej wydrukowana warstwa jest łączona ze stopionym tworzywem termoplastycznym, które drukarka wytłacza przez dyszę. Ta warstwa topi się pod wysokim ciśnieniem i temperaturą, co pozwala jej połączyć się z poprzednią warstwą.

Ponadto kształt stopionego materiału zmienia się na owalny, gdy naciska na wcześniej wydrukowaną warstwę. Niezależnie od wysokości warstwy, części FDM zawsze mają falistą powierzchnię, a małe elementy, takie jak gwinty lub małe otwory, mogą wymagać obróbki końcowej.

4. Wysokość warstwy

W maszynie FDM wysokość warstwy może wynosić od 0.02 mm do 0.4 mm. Gładsze części są produkowane, a zakrzywione kształty geometryczne są dokładniej rejestrowane przy niższych wysokościach warstw. Z drugiej strony drukowanie części o wyższej wysokości warstwy jest szybsze i tańsze. Wysokość warstwy 0.2 mm jest zazwyczaj dobrym kompromisem między czasem, kosztem i jakością.

5. Wypełnienie i grubość powłoki

Drukarki FDM zazwyczaj nie produkują części stałych, aby przyspieszyć czas drukowania i marnować materiały. Zamiast tego drukarka kilkakrotnie śledzi zewnętrzny obwód skorupy, zanim wypełni wnętrze, znane jako wypełnienie, wewnętrzną strukturą o niskiej gęstości.

Wytrzymałość drukowanych części jest określana przez grubość wypełnienia i powłoki. Większość drukarek stacjonarnych FDM ma domyślną gęstość wypełnienia 20% i grubość powłoki 1 mm. Daje to idealną równowagę wytrzymałości i szybkości dla szybkich wydruków.

6. Deformacja

Odkształcanie jest jedną z najczęstszych wad FDM – gdy wytłaczane materiały krzepną, kurczą się. Ponadto różne sekcje drukowanej części stygną w różnym tempie, a ich wymiary również zmieniają się z różną prędkością. Ze względu na narastanie naprężeń wewnętrznych spowodowane tym różnicowym chłodzeniem, warstwa podstawowa przesuwa się w górę i odkształca.

Istnieją jednak różne metody zapobiegania odkształcaniu. Jednym z podejść jest ścisłe monitorowanie temperatury systemu, w szczególności platformy roboczej i komory. Drugim krokiem jest poprawa przyczepności między platformą roboczą a częścią.

Zalety i wady metody druku 3D FDM

Zalety

Wydajność

• W przeciwieństwie do innych metod, takich jak drukarki 3D wykorzystujące żywicę, FDM drukarki można łatwo skalować do dowolnego rozmiaru, a jedynym ograniczeniem jest zakres ruchu każdej bramy. 
• Jeśli chodzi o materiały do ​​druku, filamenty FDM są niedrogie, szczególnie w porównaniu z materiałami wymaganymi w przypadku innych metod, takich jak druk SLS czy druk żywicą.
• W porównaniu do swoich konkurentów drukarki FDM są bardziej elastyczne. Przy zaledwie kilku ulepszeniach i modyfikacjach mogą drukować szeroką gamę materiałów termoplastycznych, co nie jest możliwe w przypadku innych metod, w których materiałem musi być żywica lub drobny proszek.

Jakość wydruku

• Drukarka FDM jest elastyczna i może obsługiwać różne materiały FDM. Może tworzyć części o różnych właściwościach i wyglądzie, po prostu zmieniając typ filamentu.
• Jakość druku odnosi się nie tylko do wyglądu, ale także do jego wydajności mechanicznej. W porównaniu do delikatnych wydruków 3D z żywicy, FDM produkuje solidne i trwałe części.
• Drukarki FDM są również wszechstronne, ponieważ jakość wydruku może zostać poświęcona kosztem szybkości i sprawności, co czyni je idealnym narzędziem do tworzenia części zarówno estetycznych, jak i funkcjonalnych.

Niedogodności

• Druk 3D w technologii FDM najlepiej sprawdza się w produkcji małych części, jednak gotowe produkty będą miały zazwyczaj chropowate powierzchnie i będą wymagały dodatkowej obróbki w celu uzyskania gładszego wykończenia.
• Ponieważ drukarki FDM układają filamenty warstwa po warstwie, są one podatne na pękanie, co sprawia, że ​​wydruki są anizotropowe.
• Drukowanie metodą FDM wymaga stosowania konstrukcji wspierających, co może wiązać się z większymi kosztami.

Zastosowania druku 3D FDM

Modelowanie architektoniczne:Drukarki 3D są szeroko stosowane do tworzenia modeli architektonicznych, ponieważ są szybsze i stosunkowo tańsze niż konwencjonalne metody. Jedna rolka filamentu może wyprodukować trzy do czterech modeli, co pozwala zaoszczędzić koszty. 

Produkcja motoryzacyjna:Druk 3D jest powszechnie używany do projektowania wewnętrznej struktury samochodu. Użytkownicy mogą tworzyć precyzyjne pomiary do produkcji samochodów za pomocą oprogramowania 3D.

Modele chirurgiczne: the FDM Technologia 3D umożliwiła lekarzom lepsze planowanie operacji, zapewniając im organy będące repliką pacjenta. Mają precyzyjną strukturę, mogą być wykonane jako pełne lub puste i mogą być drukowane w ciągu kilku godzin.