Hvad er FDM 3D -udskrivning?

Træd ind i et hvilket som helst moderne maskinværksted, et fabrikationsrum eller endda en stue, og du vil sandsynligvis støde på det ikoniske syn - den kasseformede ramme på en 3D-printer, der støt fremstiller plastikdele lag for lag som en robot-edderkop, der spinder geometriske spind. Men den tilsyneladende magi går under et ret almindeligt navn - fused deposition modeling eller FDM.

Hvad er en FDM 3D-printer?

FDM refererer til den mest almindelige form for additiv fremstillingsteknologi, der anvendes i dag. Som en tilgængelig og pålidelig 3D-printproces konstruerer FDM objekter ved selektivt at aflejre smeltet termoplastisk materiale lag for lag i forudbestemte printbaner.

Udtrykket stammer fra kerneprincippet for driften - filamentråmaterialet opvarmes først til en halvflydende tilstand, ekstruderes derefter og aflejres på en printoverflade, hvor det hurtigt størkner og smelter sammen med de eksisterende lag. Når fine plastkugler lægges ned og bindes, tager delene form, der kommer ud af printprocessen.

Opfundet for over 30 år sidenTidlige FDM-teknologier producerede prototyper af ABS-plast i kommercielle 3D-printtjenester. Siden da er FDM-printmulighederne blevet hurtigt forbedret takket være udviklingen inden for præcise ekstrudermekanismer, forskellige termoplastiske materialer og udvidede anvendelser - alt sammen med mere overkommelige udstyrsomkostninger.

Nu de facto standarden inden for additiv fremstilling, FDM 3D-printning tilbyder både virksomheder og forbrugere et alsidigt digitalt fremstillingsværktøj, der muliggør hurtig overgang fra 3D-modeldesign til fysiske objekter. Lige fra globale produktionslinjer til stationære hjemmeopsætninger, FDMs ry for pålidelighed fortsætter med at drive allestedsnærværende teknologien, i takt med at den genopfinder produktionsadgang i det 21. århundrede og fremover.

Nøgleegenskaber ved FDM-udskrifter

Som med enhver fremstillingsmetode, FDM 3D-printning bærer unikke kvaliteter, der er iboende i processen. At kende disse centrale FDM-karakteristika hjælper med at guide designvalg.

• Anisotropisk styrke: Det lagdelte adhæsionsmønster i 3D-print betyder, at dele er svagere, når de deler sig mellem lag i stedet for at rives på tværs af dem. Orienteringsoptimering er nøglen.
• Justeringspræcision: Produktionsafvigelser på 0,1-0,5% muliggør stadig høje tolerancer og passende samlinger, når de er omhyggeligt kalibrerede. Nøjagtighed omfatter alle systemer.
• Horisontal opløsning: Mens lagtykkelser begrænser den vertikale præcision, afhænger XY-opløsningen af ekstruderdysens størrelse, typisk 0,2 til 0,8 mm for robuste udskrifter.

At blive fortrolig med FDM-processens særheder muliggør fuld udnyttelse, så skabere konceptuelt omdanner udfordringer til muligheder.

Hovedkomponenter i en FDM-printer

FDM-printning tager digitale 3D-modelfiler, som dem der eksporteres fra CAD-software, og fysisk gengiver dem til virkelighed gennem den koordinerede dans af blot et par højteknologiske komponenter:

• Filament: Denne oprullede spole leverer råmaterialet - typisk et 1,75 mm eller 2,85 mm termoplastisk råmateriale som ABS eller PLA.
• Printdyse: Filamentet føres ind i en hot-end-dyse, der er opvarmet for at smelte materialet. Dysediametre med en gennemsnitlig diameter på 0,4 mm ekstruderer præcise perler af flydende plast.
• Print seng: Under præcis positionering afsætter dysen smeltet filament på printpladen og opbygger former lag for lag. Vedhæftning forhindrer vridning.
• Gantry-system: Motorer koordinerer ekstruderdysen i X/Y/Z-dimensionelt rum og styres langs meget præcise printbaner.

Ved at gentage sekvensen - smelt, aflejring, afkøling og binding - konstruerer FDM-maskiner hele objekter nedefra og op, mens todimensionelle lag akkumuleres lodret. Efter at have færdiggjort et lag sænkes byggeplatformen, og ekstruderdysen aflejrer endnu et smeltet plastspor direkte oven på det sidste, indtil den når de foreskrevne højder.

Før digitale modelfiler kan trykkes, skal de "slices" for at oversætte 3D-geometrier til numeriske værktøjsbaner - i bund og grund G-kodeinstruktioner. Ligesom når man scanner brød, bestemmer hundredvis af imaginære vandrette tværsnit de trykte lag.

Materialer til FDM 3D-printning: Mere end smeltet plastik

Selvom FDM-printning er udbredt på grund af sin pålidelighed og resultater på tværs af applikationer, skyldes teknologiens fremgang delvist den brede palet af funktionelle materialer styrker sine muligheder langt ud over blot prototyping.

• Definition af termoplast: De printbare materialer, der ligger til grund for FDM-fordelen, ligger i en klasse kendt som termoplast - plast, der smelter under varme, men som omkrystalliserer til faste stoffer, når de afkøles. Denne reversible egenskab muliggør præcis aflejring i flydende tilstande.
• Almindelige filamenter: ABS- og PLA-filamenter dominerer som filamentledere, efterfulgt af messingfyld, PETG og fleksibel TPE til specialiserede anvendelser. Yderligere kompositmaterialer som træ- eller kulfiberblandinger udvider mulighederne.
• Eksotiske og funktionelle filamenter: Elektrisk ledende filamenter indlejrer kredsløb, der direkte forbinder trykte objekter til strøm eller signaler. I mellemtiden forbedrer opløselige støttefilamenter overhængende designs, men vaskes væk når det er nødvendigt og forsvinder som spøgelser, når deres arbejde er færdigt.
• Valg efter egenskaber: Densitet, lagvedhæftning, UV-resistens og bionedbrydelighed hjælper med at bestemme ideelle materialer til driftsforhold, idet der tages højde for varme, udendørs eksponering eller fleksibel snapfit-funktion ud over visuel prototyping.

FDM-applikationer i den virkelige verden

FDM blev oprindeligt skabt til praktisk prototypefremstilling af produktdesignkoncepter, men viste sig så pålideligt, at det i dag FDM-printere ser udbredt anvendelse til missionskritiske fremstillingsroller på tværs af sektorer.

• Hurtig fremstilling: Luftfartsproducenter bruger industrielle FDM-systemer til at printe præcise samleskinner, der holder flykomponentdele under bearbejdning. Ved at 3D-printe disse brugerdefinerede værktøjer i stedet for at outsource konventionel fremstilling, kan flyfabrikker hurtigt iterere fixtures internt, efterhånden som behovene ændrer sig.
• Undervisning: Skoler og universiteter har indarbejdet stationære FDM 3D-printere i STEM-programmer, der gør det muligt for eleverne at lære ved at skabe fysiske prototyper af objekter, de designer. At omsætte ideer til virkelighed motiverer interessen for ingeniørvidenskab, teknologi og modellering til anvendt videnskabelig læring. Uddannelsesmæssige 3D-printere muliggør praktiske projekteksperimenter. omkostningseffektiv.
• Medicinsk: FDM's sundhedsmæssige indflydelse udvides dagligt gennem print af brugerdefinerede komponenter, der matcher patientens anatomi, med ikke-invasiv medicinsk billeddannelseskonvertering til 3D-modeller. Kirurger anvender taktile 3D-printede organreplikaer, der hjælper med præoperativ planlægning, mens ingeniører hurtigt designer og validerer livreddende udstyr som FDM-producerede nasopharyngeale podninger til indsamling af store mængder COVID-19-prøver.
• Distribueret produktion: Startups som Figure 4 og Adafruit udnytter plug-and-play-skalerbarheden af desktop FDM-platforme til lokalt at opfylde specialproduktionsordrer efter behov. Husholdningsartikler, legetøj, gaver og mere printes uden oversøisk forsendelse, samtidig med at overproduktionsspild undgås - hvilket strømliner personalisering.Modulære mikrofabrikker bringer specialfremstillet kunsthåndværk til butikkerne på Main Street.

Fra STEM-klasseværelser til robotlaboratorier eller fabriksgulve, FDM 3D-printning strømliner innovation, uddannelse og distribueret digital produktion.

Hvorfor skal du vælge FDM?

Der findes adskillige additive fremstillingsteknologier ud over FDM, hver med unikke fordele i bestemte anvendelser. Men hvad gør FDM til "den første blandt ligemænd" som verdens mest almindelige 3D-printmetode?

1. Overkommelighed og enkelhed

FDM 3D-printere dominerer det globale salg takket være meget overkommelige desktopmodeller og materialer, der giver alle mulighed for personligt at udforske 3D-printning med lav risiko. Den nemme brugeroplevelse muliggør også bred implementering fra skoler til produktion. FDM giver den mest økonomiske og tilgængelige indgang til additiv fremstilling.

2. Materiale alsidighed

Udvalget af tilgængelige termoplastfilamenter, fra basalt PLA og ABS til mere avancerede specialkompositter, gør det muligt at skræddersy print på tværs af grundlæggende koncepter til industrielle ingeniørmaterialer til slutprodukter. Denne fleksibilitet styrker kreativiteten.

3. Pålidelig kvalitet

Over 30 års erfaring med optimering af ekstruderings- og bevægelsesstyringssystemer sikrer den dimensionelle nøjagtighed og repeterbarhed, der forventes af en digital fremstillingsplatform, der svarer til sprøjtestøbning. Luftfarts- og medicinalsektoren er afhængig af præcisions-FDM-produktion.

Selvom alternative 3D-printprocesser giver overlegen overfladefinish, hastighed, styrke og skala til avancerede applikationer, FDM leverer den optimale blanding af kapacitet, materialevalg, driftsomkostninger og pålidelighed, der er egnet til de fleste almindelige forbruger- og kommercielle implementeringer. Ved at fjerne adoptionsbarrierer gør FDM innovation gennem additiv fremstilling tilgængelig for alle.

FDM's fremtid: Hvad er det næste?

FDM bevarer stærkt momentum som 3D-printningens indgangsport til designprototyping og lavvolumenfremstilling. Prognoser forventer, at industrielle systemer alene vil overgå markedet. 18 milliarder dollars i global omsætning inden 2027, hvad bringer fremtiden?

• Materialeinnovationer: Udviklingen inden for højstyrketermoplast og trykt elektronik vil yderligere udvide anvendelserne inden for transport, luftfart, infrastruktur og fremstilling af apparater.
• Automatiseringsintegration: Strømlining af digitale arbejdsgange ved at forbinde modelleringssoftware med ordreopfyldelsesplatforme og lagre vil accelerere storstilet implementering i distribuerede produktionsnetværk.
• Kulstofrestriktioner: I takt med at bæredygtighedsinitiativerne strammes op, lover lokal produktion efter behov betydelige reduktioner i CO2-udledningen ved at eliminere oversøisk forsendelse og affald, samtidig med at den understøtter forretningsmodeller inden for servicering.

At bringe idéer til live

I takt med at FDM demokratiserer digital fremstilling gennem stadigt avancerede, overkommelige og præcise 3D-printsystemer, får innovatorer et tilgængeligt værktøjssæt til at manifestere kreative visioner til virkelighed ved blot at smelte og binde materialer til de ønskede former, uanset om det drejer sig om prototyper derhjemme eller produktion i stor skala. Ved at afsløre det pragmatiske håndværk bag additiv fremstilling giver den engang mystiske 3D-printteknologi nu alle mulighed for at krystallisere fantasi til holdbare kreationer på deres arbejdsbord, producentrum eller endda skrivebord, i takt med at dette nye fremstillingsparadigme omformer mulighederne.

Læs mere

• SLA vs. FDM 3D-printning: Hvilken teknologi skal du vælge?
• Anbefalinger til gratis modelleringssoftware
• Populær 3D-printningssoftware til skæring