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-printimine?

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 standardiks saanud FDM 3D-printimine pakub nii ettevõtetele kui ka tarbijatele mitmekülgset digitaalset tootmisvahendit, 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.

Kuidas FDM 3D-printimine töötab

Uurime teekonda failist käegakatsutava tooteni läbi FDM 3D-printimise oluliste etappide.

1. Projekteerimisetapp

Iga FDM 3D-printeriga loodud objekt algab digitaalse joonisena. See luuakse tavaliselt arvuti abil projekteerimise (CAD) tarkvaras, kus disain modelleeritakse hoolikalt. Kui see on valmis, salvestatakse see digitaalne mudel failivormingusse nagu STL või OBJ, mis on vormingud, mida viilutamistarkvara saab tõlgendada.

2. Mudeli viilutamine

Kui disainifaas on lõppenud, hõlmab järgmine samm kasutamist viilutamistarkvara. See võimas tööriist võtab 3D-mudeli ja jagab selle sadadeks või tuhandeteks horisontaalseteks kihtideks. Seejärel tõlgib tarkvara need kihid G-koodiks – keeleks, mis annab printerile juhised objekti kiht kihi haaval taasloomiseks vajalike täpsete liigutuste kohta.

3. Trükkimiseks ettevalmistamine

Kui G-koodi juhised on valmis, valmistatakse printer ette. Laaditakse termoplastilise filamendi pool ja printer eelsoojendab oma düüsi materjali sulatamiseks sobiva temperatuurini. See ettevalmistus tagab plasti sujuva voolamise printimistöö ajal.

4. Trükkimisprotsess

Printimine algab düüsi poolt esimese sulatatud plasti kihi asetamisega printimisplatvormile. Liikudes mööda G-koodiga etteantud trajektoore, vormib düüs objekti kuju, lisades kihte ükshaaval. Samal ajal laskub printimisplatvorm iga kihi järel järk-järgult, võimaldades uue materjali lisamist.

5. Jahutamine ja tahkumine

Vahetult pärast kuumutatud otsiku kaudu ekstrusiooni jahtub plast kiiresti, tahkudes peaaegu kohe kokkupuutel väljuva osa või ehitusplatvormiga.Kiire jahutamine tagab, et iga uus kiht sulandub kindlalt eelmisega, säilitades areneva objekti terviklikkuse ja vormi.

6. Tugistruktuurid

Keerulise disainiga objektid vajavad sageli ajutisi tugistruktuure. Need toed toetavad üleulatuvaid osi ja stabiliseerivad keerukaid geomeetrilisi detaile trükkimise ajal. Need on konstrueeritud nii, et neid oleks lihtne eemaldada, ja need võetakse järeltöötluse käigus ära, jättes maha kavandatud kujunduse.

7. Järeltöötlus

Pärast viimase kihi printimist ja objekti täielikku vormimist teostatakse vajalik järeltöötlus. See võib hõlmata eelpoolmainitud tugistruktuuride eemaldamist, pinna lihvimist kihtide nähtavuse vähendamiseks ning mõnikord ka objekti värvimist või töötlemist selle funktsionaalsete omaduste või esteetilise atraktiivsuse parandamiseks.

Neid etappe järgides, FDM 3D-printerid teisendada digitaalseid mudeleid füüsilisteks, kolmemõõtmelisteks objektideks. See põnev disaini, tehnoloogia ja materjaliteaduse segu teebki FDM 3D-printimisest kiire prototüüpimise ja tootmise valdkonna nurgakivi.

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 sektorite lõikes.

• 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 ületootmisjääke – sujuvamaks muutes isikupärastamist. Modulaarsed mikrotehased toovad peatänava kauplustesse eritellimusel valmistatud käsitöö.

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

Miks peaksite valima FDM-i?

Mitmed lisandite tootmise tehnoloogiad eksisteerivad ka väljaspool FDM-i, millel kõigil 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 3D-printimise omandamise parimad tavad

Sulatussadestamise modelleerimise (FDM) 3D-printimise maailma sukeldudes on optimaalsete tulemuste saavutamiseks vaja omandada mõned olulised aspektid. See juhend tutvustab olulisi strateegiaid, mis aitavad teie trükiprojektidel saavutada heast suurepärase tulemuse.

1. Õige printimiskeskkonna loomine

Iga edukas printimine algab õigetest tingimustest. Oluline on säilitada keskkond, kus temperatuur ja niiskus on kontrollitud takistada oma loomingute moondumist või tekivad muud defektid. Eriti tundlikud materjalid, näiteks ABS, võivad vajada isegi suletud trükikambrit, et tagada kuumuse püsimine kogu protsessi vältel.

2. Esimese kihi täiusliku nakkuvuse saavutamine

Iga 3D-prindi alus on selle esimene kiht. Selle korrektseks kinnitamiseks alusplaadile alustage hästi tasandatud alusega. Levinud tehnika hõlmab tavalise paberilehe kasutamist otsiku ja alusplaadi vahelise kauguse mõõtmiseks ning seejärel reguleerimist, kuni tunnete paberi liigutamisel õrna tõmbamist. Materjalide puhul, mis kipuvad üles kerkima, kaaluge haarde tugevdamiseks liimivahendeid, näiteks liimipulki, juukselakki või spetsiaalseid 3D-printimisaluse kleebiseid.

3. Täitetiheduse ja kesta paksuse tasakaalustamine

Prindi tugevus ja viimistluse kvaliteet sõltuvad teie mudeli täitetiheduse ja selle väliskesta paksuse vahelise ideaalse tasakaalu leidmisest. Kuigi rohkem täitematerjali tähendab suuremat vastupidavust, toob see kaasa ka pikema printimisaja ja suurema materjalikulu. Kohandage neid sätteid vastavalt oma trükitava eseme kavandatud otstarbele ja pidage meeles, et mõnikord on vähem rohkem.

4. Printimiskiiruse ja -temperatuuri peenhäälestamine

Maagia toimub sageli trükikiiruse ja ekstrusioonitemperatuuri reguleerimisel. Sõltuvalt hõõgniidi tüüppeenemate detailide jäädvustamiseks peate võib-olla kiirust vähendama või kõrgema sulamistemperatuuriga materjalide puhul kuumust suurendama.Need muudatused võivad drastiliselt parandada kihtide haardumist ja üldist prindikvaliteeti.

5. Regulaarse hoolduse kohustus

Teie printeri töökindlus sõltub selle hooldusest. Regulaarselt alusplaadi puhastamine, liikuvate osade määrimine ja selliste komponentide nagu düüside ja rihmade vahetamine hoiab teie masina sujuvalt töökorras ja teie prindid teravad.

6. Nõuetekohased hõõgniidi hoiustamise tavad

Hõõgniidid võivad olla õrnad ja laguneda, kui neid ei hoita õigesti. Hoidke poolid niiskuse ja otsese päikesevalguse eest kaitstult, kasutades kuivatusaineid ja sulgedes need õhukindlatesse anumatesse. Nõuetekohane ladustamine tagab materjali terviklikkuse ja ühtlase trükikvaliteedi.

7. Järeltöötlusega viimistlemine

Järeltöötlus võib muuta hea prinditud materjali kunstiteoseks. Tehnikad ulatuvad lihvimisest atsetooni auruga silumiseni (ABS-i puhul) või värvimiseni. Need meetodid viimistlevad teie lõpptoote välimust ja funktsionaalsust.

8. Viilutaja tarkvara valdamine

Lõikurtarkvara on teie prinditud tööde aju, mis tõlgib teie kujundused printeri jaoks täpseteks juhisteks. Rakendage selle võimsust, õppides, kuidas tugistruktuure, kihtide kõrgusi ja muid printimisparameetreid vastavalt oma vajadustele muuta.

9. Katse-eksituse meetodi omaksvõtmine

Ära karda katsetada. Reguleeri sätteid järk-järgult ja dokumenteeri iga projekti puhul, mis toimib – ja mis mitte. See iteratiivne lähenemine viib pideva täiustamiseni ja printeri võimaluste sügavama mõistmiseni.

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.

KKK teemal FDM 3D-printimine

1. Millised on FDM-i plussid ja miinused?

Plussid: FDM 3D-printimine on laialdaselt tunnustatud kuluefektiivsuse poolest nii printerite endi kui ka kasutatavate materjalide osas.See on kasutajasõbralik, mistõttu on see populaarne valik algajatele ja koolidele. Tehnoloogia sobib suurepäraselt vastupidavate osade kiireks tootmiseks ja pakub laia valikut materjale, millel kõigil on erinevate rakenduste jaoks kohandatud omadused.

Miinused: Negatiivne külg on see, et FDM-meetodil ei ole alati kõige sujuvam viimistlus, kuna prinditud detailil on sageli näha üksikuid kihte. Samuti, kui trükite üleulatuvaid osi või keerukaid kujundeid, võite vajada täiendavaid struktuure, mis protsessi ajal printimist toetavad ja mis tuleb hiljem eemaldada. Võrreldes teiste meetoditega, näiteks SLA-ga, on FDM-meetodi täpsus ja detailsus piiratud ning kuna see trükib kiht kihi haaval, võivad detailid olla ühes suunas nõrgemad kui teises.

2. Miks on FDM parem kui SLA?

FDM kipub olema "parem" kui SLA olukordades, kus hind on oluline tegur, kuna see on üldiselt odavam. FDM-printerid on vastupidavamad materjalide tüüpide osas, mida nad saavad kasutada, ja need materjalid viivad sageli tugevamate detailide valmistamiseni. Lisaks FDM-printereid on lihtsam hooldada ja kasutamist, mistõttu leiate neid tavaliselt harrastajate töötubadest ja haridusasutustest. Kui aga teie prioriteet on luua väga peente detailide ja sileda pinnaviimistlusega esemeid, võib SLA olla eelistatud valik FDM-ile.

3. Kui ohutu on FDM-printimine?

FDM-printimist peetakse üsna ohutuks, kuid nagu iga tööriista puhul, tuleb seda õigesti kasutada. Veenduge, et printer oleks hästi ventileeritavas ruumis, sest kuumutatud plastik võib eraldada aure. Olge printeri läheduses alati ettevaatlik, kuna otsik ja alus kuumenevad piisavalt, et põhjustada põletusi. Järgige tootja hooldus- ja kasutusjuhiseid ning peaksite saama printerist rõõmu tunda. 3D-printimine ilma ohutusprobleemideta.

4. Kui kaua FDM 3D-printimine aega võtab?

FDM-printimise aeg võib olla väga erinev. Väikese ja lihtsa objekti saab valmis teha alla tunniga, samas kui suuremate või detailsemate tükkide valmistamine võib võtta terve päeva või isegi kauem aega. Printimise aega mõjutavad mitmed tegurid: objekti suurus, soovitud kvaliteet (mis määrab kihi kõrguse) ja kui tahket tükki soovite (mis mõjutab täitematerjali). Nende tegurite tasakaal annab tavaliselt parima tulemuse nii aja kui ka trükikvaliteedi osas.

5. Kui kaua FDM 3D-printerid vastu peavad?

FDM 3D-printeri eluiga sõltub tõesti sellest, kuidas te selle eest hoolitsete. Regulaarne kasutamine ei ole probleem – tegelikult on masinatel sageli kasu sellest, kui neid kasutatakse, mitte et nad jõude seisaksid. Pikaealisuse võti on regulaarne hooldus, näiteks puhastamine ja aeg-ajalt... osade, näiteks otsiku, asendamine või prindialust, kui need näitavad kulumisjälgi. Sellise tähelepanu korral võib hea FDM-printer teid hästi teenida aastaid – viis aastat või rohkem pole haruldane ja mõned kasutajad on teatanud, et nende printerid töötavad nõuetekohase hoolduse korral ka kauem.

Loe edasi

• 3D-printimine süsinikkiust filamendiga: ülim juhend
• 3D-printimise tõrkeotsing: 15 kõige levinumat probleemi ja lahendust
• Miks mu 3D-print ei kleepu voodi külge?
• Kas 3D-printimine on lastele ohutu?