Какво е FDM 3D печат ?
Table of Contents
Влезте във всеки модерен машинен цех, производствено помещение или дори всекидневна и има шансове да срещнете тази емблематична гледка – квадратната рамка на 3D принтер, изработващ стабилно пластмасови части слой по слой като роботизиран паяк, въртящ геометрични мрежи. И все пак тази привидна магия носи доста светско име - моделиране на разтопено отлагане или FDM.
Какво е FDM 3D принтер?
FDM се отнася до най-разпространената форма на технология за адитивно производство, която се използва днес. Като достъпен и надежден процес на 3D печат, FDM конструира обекти чрез селективно отлагане на разтопен термопластичен материал слой по слой в предварително определени пътища за печат.
Терминът произлиза от основния принцип на работа - филаментната суровина първо се нагрява до полутечно състояние, след което се екструдира и отлага върху печатната повърхност, където бързо се втвърдява, сливайки се със съществуващите слоеве. Докато фините пластмасови перли се поставят и залепват, частите придобиват форма, излизаща от процеса на печат.
Изобретен преди повече от 30 години, ранните FDM технологии произвеждат прототипи от ABS пластмаса в търговски услуги за 3D печат. Оттогава възможностите за FDM печат бързо напреднаха благодарение на разработките в прецизните механизми на екструдера, разнообразните термопластични материали и разширените приложения - всички отговарящи на по-достъпни разходи за оборудване.
Сега де факто стандартът в адитивното производство, FDM 3D печат предлага както на бизнеса, така и на потребителите универсален инструмент за цифрово производство, позволяващ бърз преход от дизайни на 3D модели към физически обекти. Вариращи от глобални производствени линии до настолни домашни настройки, Репутацията на FDM за надеждност продължава да стимулира повсеместното разпространение, докато технологията преоткрива производствения достъп през 21 век и след това.
Основни характеристики на FDM разпечатките
Както при всеки метод на производство, FDM 3D печат носи уникални качества, присъщи на процеса. Запознаването с тези основни характеристики на FDM помага при избора на дизайн.
- Анизотропна якост: Слоестият модел на адхезия на 3D разпечатките означава, че частите са по-слаби при разделяне между слоевете, вместо да се разкъсват през тях. Оптимизирането на ориентацията е от ключово значение.
- Точност на подравняване: Производствените отклонения, вариращи от 0,1-0,5%, все още позволяват високи толеранси и монтажни възли, когато са внимателно калибрирани. Точността включва всички системи.
- Хоризонтална разделителна способност: Докато дебелините на слоя ограничават вертикалната прецизност, XY разделителната способност зависи от размера на дюзата на екструдера, обикновено от 0,2 до 0,8 мм за здрави разпечатки.
Запознаването с особеностите на FDM процеса дава възможност за пълно използване, така че създателите концептуално да преобразуват предизвикателствата във възможности.
Основни компоненти на FDM принтер
FDM печатът взема файлове с цифрови 3D модели, като тези, експортирани от CAD софтуер, и физически ги превръща в реалност чрез координирания танц само на няколко високотехнологични компонента:
- Нажежаема жичка: Тази навита макара осигурява суровината - обикновено 1,75 мм или 2,85 мм термопластична суровина като ABS или PLA.
- Дюза за печат: Нишката се подава в дюза с горещ край, нагрята, за да разтопи материала. Диаметърът на дюзата със среден размер 0,4 mm екструдира прецизни перли от течна пластмаса.
- Печатно легло: При прецизно позициониране дюзата отлага разтопена нишка върху печатащото легло, изграждайки форми слой по слой. Адхезията предотвратява изкривяването.
- Портална система: Двигателите координират дюзата на екструдера в пространственото пространство X/Y/Z, насочвани по много точни пътеки на печат.
Повтаряйки последователността - стопяване, отлагане, охлаждане и свързване - FDM машините конструират цели обекти отдолу нагоре, докато двуизмерните слоеве се натрупват вертикално. След завършване на слой, строителната платформа се спуска и дюзата на екструдера отлага друга разтопена пластмасова писта директно върху последната, докато достигне предписаните височини.
Преди да бъдат отпечатани, файловете с цифрови модели изискват "нарязване", за да преведат 3D геометрии в числени траектории на инструменти - по същество инструкции на G-код. Подобно на сканирането на хляб, стотици въображаеми хоризонтални напречни сечения определят слоевете за печат.
Материали за FDM 3D печат: Повече от разтопена пластмаса
Докато FDM печатът намира широко приложение заради своята надеждност и резултати в различните приложения, възходът на технологията се дължи отчасти на широката палитра от функционални материали укрепване на неговите възможности далеч отвъд обикновеното създаване на прототипи.
- Дефиниране на термопласти: Материалите за печат, които са в основата на предимството на FDM, се намират в клас, известен като термопластмаси - пластмаси, топящи се при топлина, но рекристализиращи в твърди вещества, когато се охладят. Това обратимо свойство позволява прецизно отлагане във втечнени състояния.
- Общи нишки: ABS и PLA нишки доминират като водещи нишки, последвани от месингов пълнеж, PETG и гъвкав TPE за специализирани приложения. Допълнителни композити като смеси от дърво или въглеродни влакна разширяват възможностите.
- Екзотични и функционални филаменти: Електропроводимите нишки вграждат вериги, свързващи директно отпечатани обекти към захранване или сигнали. Междувременно разтворимите поддържащи нишки подобряват надвисналите дизайни, но се отмиват, когато е необходимо, изчезвайки като призраци, когато работата им приключи.
- Избор по свойства: Плътността, адхезията на слоя, устойчивостта на ултравиолетови лъчи и биоразградимостта помагат да се определят идеалните материали за работни условия, като се има предвид топлината, излагането на открито или гъвкавата функция за щракване извън визуалното прототипиране.
FDM приложения от реалния свят
Първоначално създаден за удобно създаване на прототипи на продуктови дизайнерски концепции, FDM се оказа толкова надежден, че днес FDM принтерите са широко разпространени за критични производствени роли в секторите.
- Бързо производство: Производителите на аерокосмическа техника използват индустриални FDM системи за отпечатване на прецизни монтажни приспособления, които държат частите на самолетни компоненти, подложени на механична обработка. Чрез 3D отпечатване на тези персонализирани инструменти, вместо да възлагат конвенционално производство на външни изпълнители, фабриките за самолети могат бързо да итерират приспособленията вътрешно при промяна на нуждите.
- образование: Училищата и университетите са включили настолни FDM 3D принтери в STEM програми, позволяващи на учениците да учат чрез създаване на физически прототипи на обекти, които проектират. Изграждането на идеи в реалност мотивира интереса към инженерството, технологиите и моделирането за приложно научно обучение. Образователните 3D принтери правят практически експерименти с проекти рентабилен.
- медицински: Въздействието на FDM върху здравеопазването се разширява ежедневно чрез отпечатване на персонализирани компоненти, съответстващи на анатомията на пациента с неинвазивно преобразуване на медицински изображения в 3D модели. Хирурзите използват тактилни 3D отпечатани копия на органи, подпомагащи предхирургичното планиране, докато инженерите бързо проектират и валидират животоспасяващи устройства като произведени от FDM назофарингеални тампони за събиране на проби от COVID-19 в голям обем.
- Разпределено производство: Стартъпи като Фигура 4 и Adafruit се възползват от мащабируемостта plug-and-play на настолните FDM платформи, за да изпълняват локално специални производствени поръчки при поискване.Домакински стоки, играчки, подаръци и много други се отпечатват без задгранични доставки, като същевременно се избягват свръхпроизводствени отпадъци - рационализиране на персонализирането. Модулните микрофабрики носят персонализирани занаяти на витрините на Main Street.
От STEM класни стаи до лаборатории по роботика или фабрични етажи, FDM 3D печат рационализира иновациите, образованието и разпределеното цифрово производство.
Защо трябва да изберете FDM?
Съществуват няколко технологии за адитивно производство извън FDM, всяка с уникални предимства в определени приложения. Но какво утвърждава FDM като „първи сред равни“ като най-разпространения метод за 3D печат в света?
1. Достъпност и простота
FDM 3D принтерите доминират глобалните продажби поради много достъпни настолни модели и материали, позволяващи на всеки лично да изследва 3D печата с нисък риск. Лесното потребителско изживяване също позволява широко приемане от училищата до производството. FDM осигурява най-икономичния и достъпен етап в адитивното производство.
2. Универсалност на материала
Гамата от налични термопластични нишки, от основни PLA и ABS до по-усъвършенствани специални композити, позволява адаптиране на отпечатъци през основни концепции до индустриални инженерни материали за продукти за крайна употреба. Тази гъвкавост дава възможност на креативността.
3. Надеждно качество
30+ години оптимизиране на системи за екструдиране и контрол на движението гарантират точност на размерите и повторяемост, очаквана от платформа за цифрово производство, равняваща се на леене под налягане. Аерокосмическият и медицинският сектор разчитат на прецизното производство на FDM.
Докато алтернативните процеси на 3D печат осигуряват превъзходно покритие на повърхността, скорост, здравина и мащаб за разширени приложения, FDM предоставя оптималната комбинация от възможности, избор на материали, оперативни разходи и надеждност, подходящи за най-често срещаните потребителски и търговски реализации. Чрез премахване на бариерите за приемане, FDM прави иновациите чрез адитивно производство достъпни за всички.
Бъдещето на FDM: какво следва?
FDM запазва силна инерция като портал за 3D печат за прототипиране на дизайн и производство на малки обеми. С прогнози, които очакват само индустриалните системи да затъмнят 18 милиарда долара глобални приходи до 2027 г, какво крие бъдещето?
- Иновации в материалите: Развитието на високоякостните термопласти и печатната електроника допълнително ще разшири приложенията в транспорта, космическото пространство, инфраструктурата и производството на устройства.
- Интеграция на автоматизацията: Рационализирането на цифровия работен процес чрез взаимно свързване на софтуер за моделиране с платформи за изпълнение на поръчки и складове ще ускори широкомащабното приемане в разпределени производствени мрежи.
- Въглеродни ограничения: Тъй като инициативите за устойчивост се затягат, местното производство при поискване обещава значително намаляване на въглеродните емисии чрез елиминиране на корабоплаването и отпадъците в чужбина, като същевременно поддържа бизнес моделите за обслужване.
Оживяване на идеите
Тъй като FDM демократизира дигиталното производство чрез непрекъснато напредващи достъпни и прецизни системи за 3D печат, иноваторите получават достъпен набор от инструменти за реализиране на творчески визии в реалност чрез просто топене и свързване на материали в предвидени форми, независимо дали прототипират у дома или произвеждат в мащаб.Като разкрива прагматичния занаят зад адитивното производство, някога мистериозната технология за 3D печат сега дава възможност на всеки да изкристализира въображението в поносимо творение на своята работна маса, производствено пространство или дори десктоп, тъй като тази нова производствена парадигма се променя възможно.