Mis on FDM 3D -printimine?

Astuge suvalisse moodsasse töökotta, tootmisruumi või isegi elutuppa ja tõenäoliselt puutute kokku ikoonilise vaatepildiga – 3D-printeri karbikujulise raamiga, mis järk-järgult kiht-kihilt plastdetaile valmistab nagu geomeetrilisi võrke koov robotämblik. Ometi kannab see pealtnäha maagia üsna tavalist nime – sulatatud sadestamise modelleerimine ehk FDM.

Mis on FDM 3D-printer?

FDM viitab tänapäeval kõige levinumale lisandite tootmistehnoloogia vormile. Ligipääsetava ja usaldusväärse 3D-printimisprotsessina konstrueerib FDM objekte sulatatud termoplastilise materjali valikulise kiht-kihilt sadestamise teel etteantud printimisradadele.

Termin tuleneb tööpõhimõttest – hõõgniidi tooraine kuumutatakse esmalt poolvedelasse olekusse, seejärel ekstrudeeritakse ja asetatakse trükipinnale, kus see kiiresti tahkestub, sulandudes olemasolevate kihtidega. Kui peened plastgraanulid laotatakse ja liimitakse, võtavad trükiprotsessist väljuvad detailid kuju.

Leiutatud üle 30 aasta tagasiVarased FDM-tehnoloogiad valmistasid ABS-plastist prototüüpe kommertslikes 3D-printimisteenustes. Sellest ajast alates on FDM-printimisvõimalused kiiresti arenenud tänu täpsete ekstruuderi mehhanismide, mitmekesiste termoplastmaterjalide ja laiendatud rakenduste arengule – kõik see vastab taskukohasematele seadmete hindadele.

Nüüdseks lisandite tootmise de facto standard, FDM 3D-printimine pakub nii ettevõtetele kui ka tarbijatele mitmekülgset digitaalset tootmistööriista, mis võimaldab kiiret üleminekut 3D-mudelite kavanditest füüsilisteks objektideks. Alates globaalsetest tootmisliinidest kuni koduarvutite seadistusteni, FDM-i maine usaldusväärsuse poolest jätkab kõikjalolemise soodustamist, kuna tehnoloogia leiutab 21. sajandil ja edaspidi tootmisteenustele juurdepääsu uuesti.

FDM-prindi põhiomadused

Nagu iga tootmismeetodi puhul, FDM 3D-printimine kannab protsessile omaseid unikaalseid omadusi. Nende FDM-i põhiomaduste tundmaõppimine aitab suunata disainivalikuid.

• Anisotroopne tugevus: 3D-printide kihiline adhesioonimuster tähendab, et osad ei rebene kihtide vahel nii palju, kui on nõrgem. Orientatsiooni optimeerimine on võtmetähtsusega.
• Joonduse täpsus: Tootmishälbed vahemikus 0,1–0,5% võimaldavad hoolika kalibreerimise korral siiski suuri tolerantse ja sobivaid komplekte. Täpsus hõlmab kõiki süsteeme.
• Horisontaalne eraldusvõime: Kuigi kihi paksus piirab vertikaalset täpsust, sõltub XY-eraldusvõime ekstruuderi düüsi suurusest, mis on vastupidavate prinditulemuste korral tavaliselt 0,2–0,8 mm.

FDM-protsessi iseärasustega tutvumine võimaldab täielikku ärakasutamist, et loojad saaksid kontseptuaalselt lahendada väljakutsed võimalusteks.

FDM-printeri peamised komponendid

FDM-printimine võtab digitaalseid 3D-mudelifaile, nagu need, mis on eksporditud CAD-tarkvarast, ja muudab need füüsiliselt reaalsuseks vaid mõne kõrgtehnoloogilise komponendi koordineeritud tantsu abil:

• Hõõgniit: See kerimisrull annab toormaterjali – tavaliselt 1,75 mm või 2,85 mm termoplastilise tooraine, näiteks ABS-i või PLA-d.
• Printimisotsik: Hõõgniit suunatakse kuuma otsaga düüsi, mida kuumutatakse materjali sulatamiseks. Keskmise läbimõõduga 0,4 mm düüsid väljutavad täpseid vedela plasti graanuleid.
• Prinditud voodi: Täpse positsioneerimise korral asetab otsik sulatatud filamendi trükipinnale, moodustades kiht kihi haaval kujundeid. Nakkuvus hoiab ära deformatsiooni.
• Portaalisüsteem: Mootorid koordineerivad ekstruuderi otsikut X/Y/Z-mõõtmetes, juhituna mööda ülitäpseid printimisradasid.

Järjestust – sulatamine, ladestamine, jahutamine ja liimimine – korrates konstrueerivad FDM-masinad terveid objekte alt ülespoole, kui kahemõõtmelised kihid vertikaalselt kuhjuvad. Pärast kihi valmimist laskub platvorm alla ja ekstruuderi otsik laotab järgmise sulatatud plastraja otse viimase peale, kuni saavutatakse etteantud kõrgused.

Enne printimist vajavad digitaalsed mudelifailid "viilutamist", et teisendada 3D-geomeetriad numbrilisteks tööradadeks – sisuliselt G-koodi juhisteks. Nagu leiva skannimisel, määravad prindikihid sajad kujuteldavad horisontaalsed ristlõiked.

FDM 3D-printimise materjalid: enamat kui sulatatud plast

Kuigi FDM-printimist kasutatakse laialdaselt oma usaldusväärsuse ja tulemuste tõttu erinevates rakendustes, on tehnoloogia tõus osaliselt tingitud laiast valikust. funktsionaalsed materjalid tugevdades oma võimeid kaugele pelgast prototüübi loomisest.

• Termoplastide määratlemine: FDM-tehnoloogia eelise aluseks olevad prinditavad materjalid kuuluvad termoplastide klassi – plastid sulavad kuumuse käes, kuid kristalliseeruvad jahutamisel uuesti tahkeks aineks. See pöörduv omadus võimaldab täpset sadestamist veeldatud olekus.
• Tavalised filamendid: ABS- ja PLA-filamendid domineerivad filamentide juhtkiududena, millele järgnevad messingist täidis, PETG ja painduv TPE spetsiaalsete rakenduste jaoks. Täiendavad komposiidid, näiteks puit või süsinikkiust segud, laiendavad võimalusi.
• Eksootilised ja funktsionaalsed filamendid: Elektrijuhtivad kiud sisaldavad vooluringe, mis ühendavad trükitud objekte otse toite või signaalidega. Samal ajal parandavad lahustuvad tugikiud üleulatuvaid kujundusi, kuid vajadusel uhutakse minema, kadudes pärast töö lõppu nagu kummitused.
• Omaduste järgi valimine: Tihedus, kihtide adhesioon, UV-kindlus ja biolagunevus aitavad määrata ideaalseid materjale töötingimuste jaoks, arvestades lisaks visuaalsele prototüübile ka kuumust, välistingimustes kokkupuudet või paindlikku klõpskinnitusfunktsiooni.

Reaalse maailma FDM-rakendused

Algselt tootekujunduskontseptsioonide mugavaks prototüüpimiseks loodud FDM osutus nii usaldusväärseks, et tänapäeval FDM-printerid on laialdaselt kasutusel missioonikriitiliste tootmisrollide jaoks erinevates sektorites.

• Kiire tootmine: Lennundustootjad kasutavad tööstuslikke FDM-süsteeme täpsete montaažirakiste printimiseks, mis hoiavad töödeldavaid lennukikomponente. Nende kohandatud tööriistade 3D-printimise abil, selle asemel et tellida tavapärast tootmist alltöövõtjalt, saavad lennukitehased vastavalt vajaduste muutumisele kiiresti ise kinnitusvahendeid itereerida.
• Haridus: Koolid ja ülikoolid on lisanud lauaarvuti FDM 3D-printerid STEM-programmidesse, võimaldades õpilastel õppida, luues ise kujundatud objektide füüsilisi prototüüpe. Ideede elluviimine ergutab huvi inseneriteaduse, tehnoloogia ja modelleerimise vastu rakendusteaduste õppimisel. Hariduslikud 3D-printerid võimaldavad praktilisi projektikatsetusi. kulutõhus.
• Meditsiiniline: FDM-i mõju tervishoiule laieneb iga päevaga tänu kohandatud komponentide printimisele, mis vastavad patsiendi anatoomiale ja teisendavad need mitteinvasiivse meditsiinilise pildistamise abil 3D-mudeliteks. Kirurgid kasutavad kombatavaid 3D-prinditud elundikoopiaid, mis aitavad kaasa operatsioonieelsele planeerimisele, samal ajal kui insenerid kavandavad ja valideerivad kiiresti elupäästvaid seadmeid, näiteks FDM-i toodetud ninaneelu vatitupsusid suuremahuliste COVID-19 proovide kogumiseks.
• Hajutatud tootmine: Startupid nagu Figure 4 ja Adafruit kasutavad lauaarvutite FDM-platvormide plug-and-play skaleeritavust, et täita kohapeal eritellimusi vastavalt vajadusele. Kodutarbed, mänguasjad, kingitused ja palju muud trükitakse ilma välismaise saatmiseta, vältides samal ajal ületootmise raiskamist – sujuvamaks muutes isikupärastamise.Modulaarsed mikrotehased toovad Main Streeti kauplustesse eritellimusel valmistatud käsitööd.

STEM-klassidest robootikalaborite või tehasepõrandateni FDM 3D-printimine lihtsustab innovatsiooni, haridust ja hajutatud digitaalset tootmist.

Miks peaksite valima FDM-i?

Lisaks FDM-ile on olemas mitu lisandite tootmise tehnoloogiat, millest igaühel on teatud rakendustes ainulaadsed eelised. Aga mis teeb FDM-ist "esimese võrdsete seas" maailma levinuima 3D-printimismeetodi?

1. Taskukohasus ja lihtsus

FDM 3D-printerid domineerivad ülemaailmses müügis Tänu väga taskukohastele töölauamudelitele ja materjalidele, mis võimaldab kõigil 3D-printimist isiklikult ja madala riskiga uurida. Lihtne kasutuskogemus võimaldab laialdast kasutuselevõttu nii koolidest kui ka tootmises. FDM pakub kõige ökonoomsemat ja kättesaadavamat teed lisandite tootmisesse.

2. Materjalide mitmekülgsus

Saadaval olevate termoplastiliste filamentide valik, alates tavalisest PLA-st ja ABS-ist kuni keerukamate spetsiaalsete komposiitideni, võimaldab kohandada printe nii põhikontseptsioonide kui ka tööstusliku kvaliteediga insenerimaterjalide jaoks lõpptarbimistoodete jaoks. See paindlikkus annab loovusele hoogu.

3. Usaldusväärne kvaliteet

Üle 30 aasta ekstrusiooni- ja liikumisjuhtimissüsteemide optimeerimise kogemust tagab digitaalse tootmisplatvormilt oodatava mõõtmete täpsuse ja korduvuse, mis on võrdne survevaluga. Lennundus- ja meditsiinisektor tugineb täpsele FDM-tootmisele.

Kuigi alternatiivsed 3D-printimisprotsessid pakuvad täiustatud rakenduste jaoks paremat pinnaviimistlust, kiirust, tugevust ja ulatust, FDM pakub optimaalset kombinatsiooni võimekusest, materjalivalikust, tegevuskuludest ja töökindlusest, mis sobib enamike tavaliste tarbija- ja ärirakenduste jaoks. Eemaldades omaksvõtu takistused, muudab FDM innovatsiooni lisandite tootmise kaudu kõigile kättesaadavaks.

FDM-i tulevik: mis edasi?

FDM säilitab tugeva hoo 3D-printimise väravana disainiprototüüpide loomisel ja väikesemahulise tootmise alustamisel. Prognooside kohaselt varjutavad tööstussüsteemid üksi 18 miljardit dollarit globaalset tulu aastaks 2027, mida tulevik toob?

• Materjalide innovatsioonid: Kõrgtugevate termoplastide ja trükitud elektroonika areng laiendab veelgi rakendusi transpordis, lennunduses, infrastruktuuris ja seadmete tootmises.
• Automatiseerimise integreerimine: Digitaalse töövoo sujuvamaks muutmine modelleerimistarkvara ühendamise kaudu tellimuste täitmise platvormide ja ladudega kiirendab laialdast kasutuselevõttu hajutatud tootmisvõrkudes.
• Süsiniku piirangud: Jätkusuutlikkuse algatuste karmistudes lubab kohalik nõudluspõhine tootmine märkimisväärset süsinikdioksiidi heitkoguste vähendamist, kaotades ära ülemeretranspordi ja jäätmed ning toetades teenindusärimudeleid.

Ideede elluviimine

Kuna FDM demokratiseerib digitaalset tootmist pidevalt arenevate taskukohaste ja täpsete 3D-printimissüsteemide kaudu, saavad innovaatorid ligipääsetava tööriistakomplekti loominguliste visioonide elluviimiseks, sulatades ja liimides materjale lihtsalt kavandatud vormideks, olgu siis kodus prototüüpimine või suuremahuline tootmine. Paljastades lisanditootmise taga peituva pragmaatilise käsitöö, annab kunagi salapärane 3D-printimistehnoloogia nüüd igaühele võimaluse kristalliseerida kujutlusvõime käepäraseks loominguks oma töölaual, tootmisruumis või isegi laual, kuna see uus tootmisparadigma muudab kujutlusvõimet.

Loe edasi

• SLA vs FDM 3D-printimine: millise tehnoloogia valida?
• Tasuta modelleerimistarkvara soovitused
• Populaarne 3D-printimise viilutamise tarkvara