In 3D FDM: Mọi thứ bạn cần biết

Bạn có muốn tìm hiểu về những nguyên tắc cơ bản của công nghệ in 3D FDM không? Bài viết này khám phá các nguyên tắc cơ bản của công nghệ FDM và giải thích tại sao đây là một lựa chọn khả thi và tiết kiệm chi phí cho việc tạo mẫu nhanh. Hãy tiếp tục đọc để hiểu sâu hơn về công nghệ in 3 chiều mới nhất nhằm đưa ra quyết định sáng suốt khi xem xét các tùy chọn in 3D.

Mục lục
Thị trường in 3D FDM đang phát triển
Hiểu biết toàn diện về công nghệ in 3D FDM
Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp in 3D FDM
Ứng dụng của in 3D FDM

Thị trường in 3D FDM đang phát triển

Thị trường in 3D toàn cầu có giá trị là US $13.84 tỷ vào năm 2021 và dự kiến ​​sẽ tăng trưởng với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 20.8% trong giai đoạn 2020 - 2030. Thị trường phát triển nhờ đầu tư đáng kể vào hoạt động R&D trong lĩnh vực in 3D và nhu cầu ngày càng tăng đối với các ứng dụng tạo mẫu trong ngành công nghiệp ô tô, chăm sóc sức khỏe và quốc phòng.

In 3D FDM đã trở nên phổ biến trong những năm gần đây do hiệu suất cao với chi phí thấp hơn, giúp các doanh nghiệp tiết kiệm tới 50% chi phí gia công. Các lợi ích khác bao gồm tạo mẫu nhanh, in theo yêu cầu, tính linh hoạt trong thiết kế, giảm thiểu chất thải, v.v.

Tiếp tục đọc để tìm hiểu về những điều cơ bản của FDM Công nghệ 3D, đặc điểm và ưu điểm của nó so với các phương pháp in khác.

Hiểu biết toàn diện về công nghệ in 3D FDM

Công nghệ FDM dùng để in 3D là gì?

Mô hình lắng đọng hợp nhất (FDM) là một kỹ thuật sản xuất bồi đắp liên quan đến việc đùn vật liệu qua vòi phun và hợp nhất chúng để tạo ra các vật thể ba chiều. So với in 3D bê tông và thực phẩm, quy trình FDM tiêu chuẩn khác với các kỹ thuật đùn vật liệu khác. Nó sử dụng nhựa nhiệt dẻo làm vật liệu đầu vào, thường ở dạng sợi hoặc viên.

Thông thường, một FDM 3D máy in làm tan chảy vật liệu bằng cách đẩy sợi polymer qua vòi phun được làm nóng; sau đó vật liệu được lắng đọng trên nền tảng xây dựng theo các lớp 2D. Các lớp này cuối cùng hợp nhất để tạo thành các bộ phận 3D.

Nhìn chung, máy in FDM là cách nhanh nhất để in 3D và dễ tiếp cận cũng như hiệu quả. Những máy in này thống trị thị trường in 3D vì chúng dễ sử dụng hơn máy in 3D nhựa và rẻ hơn so với các loại máy in dạng bột như SLS. 

Công nghệ FDM được giới thiệu khi nào?

Mặc dù FDM hiện là kỹ thuật in 3D được sử dụng rộng rãi nhất, nhưng đây không phải là kỹ thuật 3D đầu tiên được tạo ra. Vài năm sau khi các bằng sáng chế về quang trùng hợp (SLA) và thiêu kết laser chọn lọc (SLS) được nộp, Scott Crump đã nộp bằng sáng chế FDM đầu tiên vào năm 1989.

Công nghệ FDM chỉ phổ biến trong số những người dùng phi thương mại, chẳng hạn như các học giả tại Đại học Bath, những người chủ yếu quan tâm đến việc tạo ra các thiết bị tự sao chép. Tuy nhiên, bằng sáng chế FDM đã hết hạn vào năm 2009 và những cá nhân tiên phong trong công nghệ này đã thành lập MakerBot Industries để thương mại hóa 3D máy in.

In 3D FDM hoạt động như thế nào?

An FDM Máy in 3D tạo ra các vật thể bằng cách phủ vật liệu sợi nóng chảy lên một nền tảng xây dựng từng lớp cho đến khi bạn có một bộ phận hoàn chỉnh. Chúng sử dụng các tệp thiết kế kỹ thuật số được tải lên máy để có được kích thước vật lý. Các máy in này sử dụng các loại polyme như PLA, ABS, PEI và PETG, được chuyển thành sợi thông qua một vòi phun được làm nóng.

Một cuộn sợi nhựa nhiệt dẻo được đưa vào máy in để khởi động máy in. Khi vòi phun đạt đến nhiệt độ mong muốn, sợi nhựa sẽ đi qua đầu đùn và vòi phun. 

Đầu đùn này được liên kết với hệ thống ba trục và có thể di chuyển dọc theo trục X, Y và Z. Sau đó, máy đùn vật liệu nóng chảy thành các giá đỡ mỏng, lắng đọng từng lớp thành thiết kế được xác định trước. Cuối cùng, vật liệu nguội và đông đặc. 

Phải mất nhiều lần để hoàn thành một dự án. Nền tảng xây dựng hạ xuống và máy in bắt đầu làm việc trên lớp tiếp theo sau khi hoàn thành lớp trước đó. Ở một số máy, đầu đùn di chuyển lên xuống cho đến khi hoàn thành sản phẩm.

Tính năng của in 3D FDM là gì?

Mặc dù FDM 3D máy in Mặc dù chất lượng linh kiện và hệ thống đùn của chúng khác nhau tùy theo thương hiệu và kiểu máy, nhưng có một số đặc điểm giống nhau ở mọi máy in FDM. 

1. Tốc độ xây dựng và nhiệt độ

Hầu như tất cả các hệ thống FDM đều cho phép người dùng thay đổi nhiệt độ, tốc độ dựng hình, tốc độ quạt làm mát và chiều cao lớp khi cần. Những điều này thường được nhà cung cấp dịch vụ in ấn xác định và thay đổi tùy thuộc vào vật liệu.

2. Xây dựng khối lượng

Khối lượng xây dựng đề cập đến kích thước của bộ phận mà máy in có thể tạo ra. Máy in 3D DIY thường có khối lượng xây dựng là 200 x 200 mm, trong khi máy công nghiệp có thể có khối lượng xây dựng là 1000 x 1000 x 1000 mm. Người dùng phải cân nhắc khối lượng xây dựng của máy in và thiết kế đề xuất của họ trước khi mua. Tuy nhiên, các mô hình lớn cũng có thể được in thành các khối nhỏ hơn. 

3. Độ bám dính của lớp

Trong in FDM, độ bám dính chặt giữa các lớp phủ của một bộ phận là điều cần thiết. Lớp in trước đó được kết dính với nhựa nhiệt dẻo nóng chảy mà máy in đùn qua vòi phun. Lớp này nóng chảy lại dưới áp suất và nhiệt độ cao, cho phép nó liên kết với lớp trước đó.

Ngoài ra, hình dạng của vật liệu nóng chảy sẽ thay đổi thành hình bầu dục khi nó ép vào lớp đã in trước đó. Bất kể sử dụng độ cao lớp nào, các bộ phận FDM luôn có bề mặt gợn sóng và các đặc điểm nhỏ như ren hoặc lỗ nhỏ có thể cần xử lý sau.

4. Chiều cao lớp

Trong máy FDM, chiều cao lớp có thể nằm trong khoảng từ 0.02 mm đến 0.4 mm. Các bộ phận mịn hơn được tạo ra và hình học cong được nắm bắt chính xác với chiều cao lớp thấp hơn. Mặt khác, in các bộ phận có chiều cao lớp cao hơn nhanh hơn và ít tốn kém hơn. Chiều cao lớp 0.2 mm thường là sự cân bằng tốt giữa thời gian, chi phí và chất lượng.

5. Độ dày lớp lót và vỏ

Máy in FDM thường không tạo ra các bộ phận rắn để đẩy nhanh thời gian in và lãng phí vật liệu. Thay vào đó, máy in sẽ theo dõi chu vi bên ngoài của vỏ nhiều lần trước khi lấp đầy bên trong, được gọi là phần lấp đầy, bằng cấu trúc bên trong có mật độ thấp.

Độ bền của các bộ phận in được xác định bởi độ dày của lớp phủ và lớp vỏ. Hầu hết các máy in FDM để bàn có mật độ phủ mặc định là 20% và độ dày của lớp vỏ là 1 mm. Điều này tạo ra sự cân bằng hoàn hảo giữa độ bền và tốc độ để in nhanh.

6. Cong vênh

Cong vênh là một trong những lỗi phổ biến nhất của FDM - khi vật liệu đùn đông đặc, nó sẽ co lại về kích thước. Hơn nữa, các phần khác nhau của bộ phận in nguội ở các tốc độ khác nhau và kích thước của chúng cũng thay đổi ở các tốc độ khác nhau. Do sự tích tụ ứng suất bên trong do quá trình làm mát khác biệt này gây ra, lớp bên dưới sẽ di chuyển lên trên và cong vênh.

Tuy nhiên, có nhiều phương pháp khác nhau để ngăn ngừa cong vênh. Một cách tiếp cận là theo dõi chặt chẽ nhiệt độ của hệ thống, đặc biệt là bệ xây dựng và buồng. Bước thứ hai là cải thiện độ bám dính giữa bệ xây dựng và bộ phận.

Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp in 3D FDM

Ưu điểm

HIỆU QUẢ

• Không giống như các phương pháp khác như máy in 3D bằng nhựa, FDM máy in có thể dễ dàng thay đổi kích thước, hạn chế duy nhất là chuyển động của từng giàn. 
• Về vật liệu in, sợi FDM có giá cả phải chăng, đặc biệt khi so sánh với các vật liệu cần thiết cho các phương pháp khác như in SLS và in nhựa.
• So với các đối thủ cạnh tranh, máy in FDM linh hoạt hơn. Chỉ cần một vài cải tiến và sửa đổi, chúng có thể in nhiều loại vật liệu nhiệt dẻo, điều mà các phương pháp khác không thể làm được khi vật liệu phải là nhựa hoặc bột mịn.

Chất lượng in

• Máy in FDM linh hoạt và có thể chứa nhiều loại vật liệu FDM khác nhau. Nó có thể tạo ra các bộ phận có nhiều đặc tính và hình thức khác nhau chỉ bằng cách thay đổi loại sợi.
• Chất lượng in không chỉ liên quan đến vẻ ngoài mà còn liên quan đến hiệu suất cơ học của nó. So với bản in 3D bằng nhựa dễ vỡ, FDM tạo ra các bộ phận chắc chắn và bền.
• Máy in FDM còn đa năng ở chỗ chất lượng in có thể được đánh đổi bằng tốc độ và sự khéo léo, khiến chúng trở thành công cụ lý tưởng để tạo ra các chi tiết vừa đẹp mắt vừa có chức năng.

Nhược điểm

• In 3D FDM phù hợp nhất để sản xuất các bộ phận có kích thước nhỏ, nhưng sản phẩm hoàn thiện thường có bề mặt thô ráp và cần xử lý hậu kỳ để có bề mặt mịn hơn.
• Do máy in FDM đặt từng lớp sợi in nên chúng dễ bị đứt, khiến bản in không có tính đẳng hướng.
• In FDM đòi hỏi phải sử dụng các cấu trúc hỗ trợ, điều này có thể làm tăng chi phí.

Ứng dụng của in 3D FDM

Mô hình kiến ​​trúc: Máy in 3D được sử dụng rộng rãi để tạo mô hình kiến ​​trúc vì chúng nhanh hơn và tương đối rẻ hơn so với các phương pháp thông thường. Một cuộn sợi có thể tạo ra ba đến bốn mô hình, tiết kiệm chi phí. 

Sản xuất ô tô: In 3D thường được sử dụng để thiết kế cấu trúc bên trong của ô tô. Người dùng có thể tạo ra các phép đo chính xác để sản xuất ô tô bằng phần mềm 3D.

Mô hình phẫu thuật: Các FDM Công nghệ 3D cho phép các bác sĩ lập kế hoạch phẫu thuật tốt hơn bằng cách cung cấp cho họ các cơ quan là bản sao của bệnh nhân. Chúng có cấu trúc chính xác, có thể làm rắn hoặc rỗng và có thể in trong vài giờ.