Какво е FDM 3D печат ?

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 печат?

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 печатът 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.

Как работи FDM 3D печатът

Нека проучим пътуването от файл до материален продукт през основните етапи на FDM 3D печата.

1. Етап на проектиране

Всеки обект, който FDM 3D принтер създава, започва като цифров план. Това обикновено се изработва в софтуер за компютърно проектиране (CAD), където дизайнът се моделира щателно. След като бъде завършен, този цифров модел се записва във файлов формат като STL или OBJ, които са формати, които софтуерът за нарязване може да интерпретира.

2. Нарязване на модела

След като фазата на проектиране приключи, следващата стъпка включва използването софтуер за нарязване. Този мощен инструмент взема 3D модела и го разделя на стотици или хиляди хоризонтални слоеве. След това софтуерът превежда тези слоеве в G-код, езикът, който инструктира принтера за точните движения, необходими за пресъздаване на обекта слой по слой.

3. Подготовка за печат

С готови инструкции за G-код, принтерът е подготвен. Зарежда се макара с термопластична нишка и принтерът предварително загрява нейната дюза до температурата, подходяща за разтопяване на материала. Тази подготовка осигурява плавен поток от пластмаса по време на заданието за печат.

4. Процесът на печат

Отпечатването започва с нанасяне на първия слой разтопена пластмаса върху платформата за изграждане от дюзата. Движейки се по предварително определени пътища, зададени от G-кода, дюзата изработва формата на обекта, като добавя слоеве един по един. Междувременно платформата за изграждане се спуска постепенно след всеки слой, приспособявайки добавянето на нов материал.

5.Охлаждане и втвърдяване

Директно след екструдиране през нагрятата дюза, пластмасата се охлажда бързо, втвърдявайки се почти при контакт с появяващата се част или строителната платформа. Бързото охлаждане гарантира, че всеки нов слой се слива здраво с последния, запазвайки целостта и формата на проявяващия се обект.

6. Поддържащи конструкции

Обекти със сложен дизайн често изискват временни опорни конструкции. Тези опори поддържат надвеси и стабилизират сложни геометрии по време на процеса на печат. Те са проектирани да могат лесно да се отстраняват и се отнемат при последваща обработка, оставяйки предвидения дизайн.

7. Постобработка

След като последният слой е отпечатан и целият обект е напълно оформен, се извършва необходимата последваща обработка. Това може да включва премахване на гореспоменатите опорни структури, шлайфане на повърхността, за да се намали видимостта на слоя, и понякога боядисване или третиране на обекта, за да се подобрят неговите функционални свойства или естетически привлекателен вид.

Следвайки тези етапи, FDM 3D принтери преобразувайте цифрови модели във физически, триизмерни обекти. Тази завладяваща комбинация от дизайн, технология и наука за материалите е това, което прави FDM 3D печата крайъгълен камък в областта на бързото прототипиране и производство.

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 получават широко приложение за критични производствени роли между 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?

Няколко технологии за адитивно производство съществуват извън FDM, всеки 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.

Най-добри практики за овладяване на FDM 3D печат

Когато се потопите в света на 3D печатането на Fused Deposition Modeling (FDM), постигането на оптимални резултати е свързано с овладяването на няколко критични аспекта. Това ръководство ще ви преведе през жизненоважни стратегии, които могат да издигнат вашите проекти за печат от добри до страхотни.

1. Създаване на правилната среда за печат

Всеки успешен печат започва с правилните условия. Важно е да поддържате среда, в която температурата и влажността се контролират предотвратете изкривяването на вашите творения или развиване на други недостатъци. Особено чувствителни материали като ABS може дори да изискват затворена камера за печат, за да се гарантира, че топлината остава постоянна през целия процес.

2. Постигане на перфектна адхезия на първия слой

Основата на всеки 3D печат е неговият първи слой. За да го закрепите правилно към строителната плоча, започнете с добре нивелирано легло. Обичайна техника включва използването на стандартен лист хартия за измерване на разстоянието между дюзата и леглото, като правите корекции, докато почувствате леко дръпване на хартията, когато я движите. За материали, склонни към повдигане, помислете за помощни средства за залепване, като лепилни пръчици, лак за коса или специални 3D печатни стикери за легло, за да подсилите сцеплението.

3. Балансиране на плътността на пълнежа и дебелината на корпуса

Силата на печат и качеството на покритието зависят от намирането на идеалния баланс между плътността на пълнежа на вашия модел и дебелината на външната му обвивка.Въпреки че повече пълнеж означава повишена издръжливост, това води и до по-дълго време за печат и по-висок разход на материал. Персонализирайте тези настройки въз основа на предназначението на вашия отпечатан артикул и не забравяйте, че понякога по-малкото е повече.

4. Фина настройка на скоростите и температурите на печат

Магията често се случва в настройките на скоростта на печат и температурата на екструдиране. В зависимост от тип нишка, може да се наложи да забавите, за да уловите по-фини детайли или да увеличите топлината за тези с по-висока точка на топене. Тези настройки могат драстично да подобрят адхезията на слоя и цялостното качество на печат.

5. Ангажимент за редовна поддръжка

Вашият принтер е толкова надежден, колкото и неговата поддръжка. Редовно почистване на строителната плоча, смазване на движещи се части и подмяна на компоненти като дюзи и ремъци ще поддържат машината ви да работи гладко и отпечатъците ви да изглеждат отчетливи.

6. Правилни практики за съхранение на нишки

Филаментите могат да бъдат деликатни и склонни към разграждане, ако не се съхраняват правилно. Пазете макарите си от влага и пряка слънчева светлина, като използвате десиканти и ги затваряте в херметически затворени контейнери. Правилно съхранение гарантира целостта на материала и постоянно качество на печат.

7. Рафиниране с последваща обработка

Постобработката може да превърне един добър отпечатък в произведение на изкуството. Техниките варират от шлайфане до изглаждане с ацетонови пари (за ABS) или боядисване. Тези методи подобряват външния вид и функционалността на вашия краен продукт.

8. Овладяване на софтуера за нарязване

Софтуерът за нарязване е мозъкът зад вашите разпечатки, превеждайки вашите проекти в точни инструкции за вашия принтер. Впрегнете силата му, като се научите как да манипулирате поддържащи структури, височини на слоеве и други параметри за печат, за да отговарят на вашите специфични нужди.

9. Възприемане на пробата и грешката

Не се стеснявайте да експериментирате. Коригирайте настройките постепенно и документирайте какво работи – и какво не – за всеки проект. Този итеративен подход води до непрекъснато подобрение и по-задълбочено разбиране на възможностите на вашия принтер.

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.

ЧЗВ относно FDM 3D печат

1. Какви са плюсовете и минусите на FDM?

Плюсове: FDM 3D печатът е широко признат като рентабилен, както по отношение на самите принтери, така и на използваните материали. Той е лесен за използване, което го прави популярен избор за начинаещи и училища. Технологията е отлична за бързо производство на издръжливи части и има широка гама от материали за избор, всеки с различни свойства, пригодени за различни приложения.

Минуси: От друга страна, FDM не винаги има най-гладкото покритие, защото често можете да видите отделните слоеве върху отпечатана част. Освен това, когато печатате надвеси или сложни форми, може да имате нужда от допълнителни структури, които поддържат печата по време на процеса, които ще трябва да премахнете след това. В сравнение с други методи като SLA, прецизността и детайлите на FDM са ограничени и тъй като той отпечатва слой по слой, частите могат да бъдат по-слаби в една посока в сравнение с друга.

2. Защо FDM е по-добър от SLA?

FDM има тенденция да бъде "по-добър" от SLA в контексти, където цената е важен фактор, тъй като обикновено е по-евтино. FDM принтерите са по-здрави, когато става въпрос за видовете материали, които могат да използват, а тези материали често водят до по-здрави части. Освен това, FDM принтерите са по-лесни за поддръжка и употреба, поради което често ще ги намерите в работилници за любители и образователни среди. Въпреки това, ако вашият приоритет е създаването на обекти с много фини детайли и гладка повърхност, SLA може да бъде предпочитаната опция пред FDM.

3. Колко безопасен е FDM печатът?

FDM печатът се счита за доста безопасен, но както при всеки друг инструмент, трябва да го използвате правилно. Уверете се, че принтерът е в добре проветриво помещение, защото нагрятата пластмаса може да изпусне изпарения. Винаги бъдете внимателни около принтера, тъй като дюзата и леглото се нагорещяват достатъчно, за да причинят изгаряния. Следвайте инструкциите на производителя за поддръжка и работа и трябва да можете да се наслаждавате 3D печат без проблеми с безопасността.

4. Колко време отнема FDM 3D печатът?

Времето, необходимо за FDM печат, може да варира много. Малък и прост обект може да бъде направен за по-малко от час, докато по-големи или детайлни детайли може да отнеме цял ден или дори повече. Няколко фактора влияят върху времето за печат: размерът на обекта, качеството, което търсите (което определя височината на слоя) и колко здрав искате да бъде парчето (което влияе върху пълнежа). Балансът между тези фактори обикновено дава най-добър резултат както по отношение на времето, така и по отношение на качеството на печат.

5. Колко дълго издържат FDM 3D принтерите?

Животът на един FDM 3D принтер наистина зависи от това как се грижите за него. Редовната употреба не е проблем – всъщност машините често се възползват от това, че се използват, вместо да стоят бездействащи.Ключът към дълголетието е редовната поддръжка, като почистване и от време на време подмяна на части като дюзата или печатащото легло, ако показват признаци на износване. С такъв вид внимание, един добър FDM принтер може да ви служи добре в продължение на много години – пет години или повече не е необичайно и някои потребители съобщават, че техните принтери работят много повече от това с подходяща грижа.

Прочетете повече

• 3D печат с филамент от въглеродни влакна: Крайно ръководство
• Отстраняване на неизправности при 3D печат: 15 най-често срещани проблема и решения
• Защо моят 3D печат не залепва за леглото?
• Безопасен ли е 3D печатът за деца