Какво е FDM 3D печат?

Влезте във всеки модерен машинен цех, производствено помещение или дори хол и е много вероятно да се натъкнете на емблематичната гледка - квадратната рамка на 3D принтер, който непрекъснато изработва пластмасови части слой по слой като роботизиран паяк, плетещ геометрични мрежи. И все пак тази привидна магия е известна с доста банално име - моделиране чрез сливане на пластмаси или FDM.

Какво е FDM 3D принтер?

FDM се отнася до най-разпространената форма на технология за адитивно производство, използвана 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 действие - филаментната суровина първо се нагрява до полутечно състояние, след което се екструдира и отлага върху повърхността за печат, където бързо се втвърдява, сливайки се със съществуващите слоеве. Докато фините пластмасови перли се полагат и свързват, частите придобиват форма, излизаща от процеса на печат.

Изобретен преди повече от 30 години, ранните FDM технологии произвеждаха прототипи от ABS пластмаса в търговските 3D печатни услуги. Оттогава възможностите за FDM печат се развиха бързо благодарение на развитието на прецизните екструдерни механизми, разнообразните термопластични материали и разширените приложения - всичко това при 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 дигитално производство, позволяващ бърз преход от 3D модели към физически обекти. От глобални производствени линии до настолни домашни конфигурации, Репутацията на FDM за надеждност продължава да стимулира повсеместното ѝ разпространение, тъй като технологията преоткрива достъпа до производството през 21-ви век и след това.

Ключови характеристики на FDM печатите

Както при всеки метод на производство, FDM 3D печат носи уникални качества, присъщи на процеса. Запознаването с тези основни характеристики на FDM помага за насочване на дизайнерските решения.

• Анизотропна якост: Слоестият модел на адхезия на 3D отпечатъците означава, че частите се разделят по-слабо между слоевете, вместо да се разкъсват по тях. Оптимизацията на ориентацията е ключова.
• Прецизност на подравняване: Производствените отклонения в диапазона от 0,1-0,5% все още позволяват високи допуски и пасващи сглобки, когато са внимателно калибрирани. Точността обхваща всички системи.
• Хоризонтална резолюция: Докато дебелината на слоевете ограничава вертикалната прецизност, XY резолюцията зависи от размера на дюзата на екструдера, обикновено от 0,2 до 0,8 мм за стабилни отпечатъци.

Запознаването с особеностите на FDM процеса позволява пълноценно използване, така че създателите концептуално да решават предизвикателствата във възможности.

Основни компоненти на FDM принтер

FDM печатът използва цифрови 3D модели, като тези, експортирани от CAD софтуер, и физически ги превръща в реалност чрез координирания танц само на няколко високотехнологични компонента:

• Филамент: Тази навита макара осигурява суровината - обикновено термопластичен материал с дебелина 1,75 мм или 2,85 мм, като ABS или PLA.
• Дюза за печат: Филаментът се подава в дюза с горещ край, нагрята за разтопяване на материала. Дюзите със среден диаметър от 0,4 мм екструдират прецизни топчета от течна пластмаса.
• Печатно легло: При прецизно позициониране, дюзата нанася разтопен филамент върху печатащото легло, изграждайки форми слой по слой. Адхезията предотвратява изкривяването.
• Портална система: Двигателите координират дюзата на екструдера в X/Y/Z пространствено пространство, водени по високоточни траектории на печат.

Повтаряйки последователността - топене, отлагане, охлаждане и свързване - FDM машините изграждат цели обекти отдолу нагоре, като двуизмерните слоеве се натрупват вертикално. След завършване на слоя, платформата за изработка се спуска и дюзата на екструдера отлага друга разтопена пластмасова лента директно върху последния, докато достигне зададените височини.

Преди да бъдат отпечатани, файловете с цифрови модели изискват „нарязване“, за да се преобразуват 3D геометриите в числови траектории на инструментите – по същество G-кодови инструкции. Подобно на сканирането на хляб, стотици въображаеми хоризонтални напречни сечения определят слоевете за печат.

Материали за FDM 3D печат: Повече от разтопена пластмаса

Въпреки че FDM печатът се използва широко заради своята надеждност и резултати в различни приложения, възходът на технологията се дължи отчасти на широката палитра от... функционални материали укрепване на възможностите му далеч отвъд простото създаване на прототипи.

• Дефиниране на термопласти: Печатните материали, на които се основава предимството на FDM, принадлежат към клас, известен като термопласти - пластмаси, които се топят под въздействието на топлина, но рекристализират в твърди вещества при охлаждане. Това обратимо свойство позволява прецизно отлагане в втечнено състояние.
• Често срещани нишки: ABS и PLA филаменти доминират като лидери във филаментите, следвани от месинговия пълнеж, PETG и гъвкавия TPE за специализирани приложения. Допълнителни композити като дървесни или въглеродни влакнести смеси разширяват възможностите.
• Екзотични и функционални филаменти: Електропроводящите нишки вграждат вериги, директно свързващи отпечатани обекти със 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 слоевете, UV устойчивостта и биоразградимостта помагат за определяне на идеалните материали за работни условия, като се има предвид топлината, излагането на открито или гъвкавата функция за закрепване, отвъд визуалното прототипиране.

Приложения на FDM в реалния свят

Първоначално създаден за удобно прототипиране на концепции за продуктов дизайн, FDM се оказа толкова надежден, че днес FDM принтерите се използват широко за критично важни производствени задачи в различни сектори.

• Бързо производство: Производителите на аерокосмически продукти използват индустриални FDM системи, за да отпечатват прецизни монтажни приспособления, които държат компонентите на самолетите, подложени на машинна обработка. Чрез 3D отпечатване на тези персонализирани инструменти, вместо да се възлага конвенционалното производство на външни изпълнители, заводите за самолети могат бързо да произвеждат приспособления вътрешно, когато нуждите се променят.
• Образование: Училищата и университетите са включили настолни FDM 3D принтери в STEM програмите, което позволява на учениците да учат чрез създаване на физически прототипи на обекти, които проектират. Превръщането на идеите в реалност мотивира интереса към инженерството, технологиите и моделирането за обучение по приложни науки. Образователните 3D принтери правят практически експериментални 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 реплики на органи, подпомагащи предоперативното планиране, докато инженерите бързо проектират и валидират животоспасяващи устройства, като произведени чрез FDM назофарингеални тампони за събиране на големи количества проби от COVID-19.
• Разпределено производство: Стартъпи като Figure 4 и Adafruit използват мащабируемостта „plug-and-play“ на настолните FDM платформи, за да изпълняват локално специализирани производствени поръчки при поискване. Домакински стоки, играчки, подаръци и други се печатат без доставка в чужбина, като същевременно се избягват отпадъци от свръхпроизводство - рационализирайки персонализацията.Модулните микрофабрики носят персонализирани занаяти на витрините на главната улица.

От STEM класни стаи до лаборатории по роботика или фабрични цехове, FDM 3D печат рационализира иновациите, образованието и разпределеното дигитално производство.

Защо трябва да изберете FDM?

Съществуват няколко технологии за адитивно производство освен FDM, всяка от които има уникални предимства в определени приложения. Но какво определя FDM като „първи сред равни“ като най-разпространения метод за 3D печат в света?

1. Достъпност и простота

FDM 3D принтерите доминират в световните продажби Благодарение на много достъпните настолни модели и материали, това позволява на всеки лично да проучи 3D печата с нисък риск. Лесният потребителски интерфейс също така позволява широко приложение от училищата до производството. FDM осигурява най-икономичния и достъпен начин за навлизане в адитивното производство.

2. Универсалност на материалите

Гамата от налични термопластични филаменти, от основни PLA и ABS до по-усъвършенствани специализирани композити, позволява персонализиране на отпечатъци от основни концепции до индустриални инженерни материали за крайни продукти. Тази гъвкавост дава възможност за креативност.

3. Надеждно качество

Над 30 години оптимизиране на системи за екструдиране и контрол на движението гарантират точност на размерите и повторяемост, очаквани от платформа за цифрово производство, еквивалентна на шприцването. Аерокосмическият и медицинският сектори разчитат на прецизно FDM производство.

Въпреки че алтернативните процеси на 3D печат осигуряват превъзходно покритие на повърхността, скорост, здравина и мащаб за напреднали приложения, FDM предлага оптимална комбинация от възможности, избор на материали, оперативни разходи и надеждност, подходяща за повечето често срещани потребителски и търговски приложения. 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 врата към 3D печата за създаване на прототипи и производство в малки обеми. Прогнозите очакват само индустриалните системи да засенчат... 18 милиарда долара глобални приходи до 2027 г., какво крие бъдещето?

• Иновации в материалите: Разработките в областта на високоякостните термопласти и печатната електроника ще разширят допълнително приложенията им в транспорта, аерокосмическата индустрия, инфраструктурата и производството на устройства.
• Интеграция на автоматизация: Рационализирането на дигиталния работен процес чрез свързване на софтуер за моделиране с платформи за изпълнение на поръчки и складове ще ускори мащабното му внедряване в разпределените производствени мрежи.
• Въглеродни ограничения: С затягането на инициативите за устойчивост, местното производство по заявка обещава значително намаляване на въглеродните емисии чрез елиминиране на презокеанските превози и отпадъците, като същевременно подкрепя бизнес моделите за сервитизация.

Вдъхване на живот на идеите

Тъй като FDM демократизира дигиталното производство чрез непрекъснато усъвършенстващи се достъпни и прецизни 3D печатащи системи, новаторите получават достъпен набор от инструменти, за да превърнат творческите си визии в реалност чрез просто топене и свързване на материали в желани форми, независимо дали става въпрос за прототипиране у дома или за мащабно производство. Разкривайки прагматичния занаят зад адитивното производство, някога мистериозната технология за 3D печат сега дава възможност на всеки да кристализира въображението си в удобен за употреба продукт на работната си маса, в работното си пространство или дори на бюрото си, тъй като тази нова производствена парадигма променя възможностите.

Прочетете още

• SLA срещу FDM 3D печат: Коя технология да изберете?
• Препоръки за безплатен софтуер за моделиране
• Популярен софтуер за 3D печат и нарязване