Kas ir FDM 3D drukāšana?

Ieejot jebkurā modernā mehāniskajā darbnīcā, ražošanas telpā vai pat viesistabā, jūs, visticamāk, sastapsiet ikonisko skatu — 3D printera kvadrātveida rāmi, kas pakāpeniski izgatavo plastmasas detaļas slāni pa slānim kā robotzirneklis, kas vērpj ģeometriskus tīklus. Tomēr šī šķietamā maģija tiek saukta diezgan ikdienišķā vārdā — kausētās nogulsnēšanās modelēšana jeb FDM.

Kas ir FDM 3D printeris?

FDM attiecas uz mūsdienās visizplatītāko aditīvās ražošanas tehnoloģijas veidu. Kā pieejams un uzticams 3D drukāšanas process, FDM konstruē objektus, selektīvi uzklājot izkausētu termoplastisko materiālu slāni pa slānim iepriekš noteiktos drukas ceļos.

Termins ir atvasināts no darbības pamatprincipa — kvēldiega izejviela vispirms tiek uzkarsēta līdz pusšķidrai masai, pēc tam ekstrudēta un uzklāta uz drukas virsmas, kur tā ātri sacietē, saplūstot ar esošajiem slāņiem. Kad smalkas plastmasas lodītes tiek uzklātas un savienotas, detaļas iegūst formu, izejot no drukas procesa.

Izgudrots pirms vairāk nekā 30 gadiemAgrīnās FDM tehnoloģijas komerciālajos 3D drukas pakalpojumos izgatavoja prototipus no ABS plastmasas. Kopš tā laika FDM drukas iespējas ir strauji attīstījušās, pateicoties precīzu ekstrūderu mehānismu, dažādu termoplastisko materiālu un paplašinātu pielietojumu attīstībai, un tas viss atbilst pieejamākām iekārtu izmaksām.

Tagad faktiskais standarts aditīvajā ražošanā, FDM 3D drukāšana piedāvā gan uzņēmumiem, gan patērētājiem daudzpusīgu digitālās ražošanas rīku, kas ļauj ātri pāriet no 3D modeļu dizainiem uz fiziskiem objektiem. Sākot no globālām ražošanas līnijām līdz pat mājas datoru iekārtām, FDM reputācija uzticamības ziņā turpina veicināt tās izplatību, jo šī tehnoloģija 21. gadsimtā un turpmāk maina piekļuvi ražošanai.

FDM izdruku galvenās īpašības

Tāpat kā ar jebkuru ražošanas metodi, FDM 3D drukāšana piemīt unikālas procesam raksturīgas īpašības. Iepazīšanās ar šīm FDM pamatīpašībām palīdz izvēlēties dizainu.

• Anizotropiskā stiprība: 3D izdruku slāņveida saķeres raksts nozīmē, ka detaļas vājāk sadalās starp slāņiem, nevis plīst pāri tiem. Orientācijas optimizācija ir galvenais.
• Izlīdzināšanas precizitāte: Ražošanas novirzes no 0,1 līdz 0,5 % joprojām nodrošina augstas pielaides un atbilstošus mezglus, ja tie ir rūpīgi kalibrēti. Precizitāte attiecas uz visām sistēmām.
• Horizontālā izšķirtspēja: Lai gan slāņu biezums ierobežo vertikālo precizitāti, XY izšķirtspēja ir atkarīga no ekstrūdera sprauslas izmēra, kas parasti ir no 0,2 līdz 0,8 mm izturīgām izdrukām.

Iepazīšanās ar FDM procesa īpatnībām ļauj to pilnībā izmantot, lai radītāji konceptuāli risinātu izaicinājumus iespējās.

FDM printera galvenās sastāvdaļas

FDM drukāšana izmanto digitālos 3D modeļu failus, piemēram, no CAD programmatūras eksportētos, un fiziski tos pārvērš realitātē, pateicoties tikai dažu augsto tehnoloģiju komponentu koordinētai darbībai:

• Kvēldiegs: Šī uztītā spole nodrošina izejvielu — parasti 1,75 mm vai 2,85 mm termoplastisku izejvielu, piemēram, ABS vai PLA.
• Drukas sprausla: Kvēldiegs tiek padots karstā gala sprauslā, kas tiek uzkarsēta, lai izkausētu materiālu. Sprauslas, kuru diametrs vidēji ir 0,4 mm, izspiež precīzas šķidras plastmasas lodītes.
• Drukas gulta: Precīzas pozicionēšanas laikā sprausla uzklāj izkausētu pavedienu uz drukas virsmas, veidojot formas slāni pa slānim. Adhēzija novērš deformāciju.
• Portāla sistēma: Motori koordinē ekstrūdera sprauslu X/Y/Z dimensiju telpā, vadot to pa ļoti precīziem drukas ceļiem.

Atkārtojot secību — kausēšanu, uzklāšanu, atdzesēšanu un līmēšanu —, FDM iekārtas konstruē veselus objektus no apakšas uz augšu, divdimensiju slāņiem vertikāli uzkrājoties. Pēc slāņa pabeigšanas veidošanas platforma nolaižas, un ekstrūdera sprausla uzklāj vēl vienu izkausētas plastmasas sliedi tieši virs pēdējās, līdz tiek sasniegts noteiktais augstums.

Pirms drukāšanas digitālo modeļu faili ir jāsagriež, lai 3D ģeometrijas pārvērstu skaitliskās instrumentu trajektorijās — būtībā G koda instrukcijās. Līdzīgi kā maizes skenēšana, simtiem iedomātu horizontālu šķērsgriezumu nosaka drukas slāņus.

Materiāli FDM 3D drukāšanai: vairāk nekā tikai izkausēta plastmasa

Lai gan FDM druka tiek plaši izmantota tās uzticamības un rezultātu dēļ dažādās lietojumprogrammās, tehnoloģijas pieaugums daļēji ir saistīts ar plašo klāstu. funkcionālie materiāli stiprinot savas iespējas, kas sniedzas tālu aiz tikai prototipu izstrādes.

• Termoplastu definēšana: FDM priekšrocības pamatā esošie drukājamie materiāli pieder pie termoplastikas klases – plastmasas, kas kūst karstumā, bet atdzesējot pārvēršas cietās vielās. Šī atgriezeniskā īpašība ļauj precīzi nogulsnēties sašķidrinātā stāvoklī.
• Bieži sastopamie pavedieni: ABS un PLA pavedieni dominē kā pavedienu vadītāji, kam seko misiņa pildījums, PETG un elastīgs TPE specializētiem lietojumiem. Citi kompozītmateriāli, piemēram, koks vai oglekļa šķiedru maisījumi, paplašina iespējas.
• Eksotiski un funkcionāli pavedieni: Elektriski vadošie pavedieni iestrādā shēmas, kas tieši savieno drukātus objektus ar strāvu vai signāliem. Tikmēr šķīstošie atbalsta pavedieni uzlabo pārkarenus dizainus, bet nepieciešamības gadījumā noskalojas, pazūdot kā spoki, kad to darbs ir pabeigts.
• Izvēle pēc īpašībām: Blīvums, slāņu saķere, UV izturība un bioloģiskā noārdīšanās spēja palīdz noteikt ideālus materiālus ekspluatācijas apstākļiem, ņemot vērā karstumu, āra iedarbību vai elastīgu spraudkontakta funkciju, kas pārsniedz vizuālo prototipu veidošanas iespējas.

Reālās pasaules FDM lietojumprogrammas

Sākotnēji izveidota ērtai produktu dizaina koncepciju prototipēšanai, FDM izrādījās tik uzticama, ka mūsdienās FDM printeri tiek plaši izmantoti kritiski svarīgās ražošanas lomās dažādās nozarēs.

• Ātra ražošana: Aviācijas un kosmosa ražotāji izmanto rūpnieciskās FDM sistēmas, lai izdrukātu precīzas montāžas iekārtas, kas satur apstrādājamās lidmašīnu detaļas. Drukājot šos pielāgotos instrumentus 3D formātā, nevis izmantojot tradicionālās ražošanas ārpakalpojumus, lidmašīnu rūpnīcas var ātri pielāgot stiprinājumus savām vajadzībām atbilstoši mainīgajām vajadzībām.
• Izglītība: Skolas un universitātes ir iekļāvušas STEM programmās galda FDM 3D printerus, kas ļauj studentiem mācīties, radot fiziskus pašu projektētu objektu prototipus. Ideju pārvēršana realitātē veicina interesi par inženierzinātnēm, tehnoloģijām un modelēšanu lietišķās zinātnes apguvē. Izglītojošie 3D printeri ļauj praktiski eksperimentēt ar projektiem. izmaksu ziņā efektīvs.
• Medicīniskā: FDM ietekme veselības aprūpes jomā paplašinās katru dienu, drukājot pielāgotus komponentus, kas atbilst pacienta anatomijai, ar neinvazīvu medicīniskās attēlveidošanas konvertēšanu 3D modeļos. Ķirurgi izmanto taustes 3D drukātas orgānu kopijas, kas palīdz pirmsķirurģiskajā plānošanā, savukārt inženieri ātri izstrādā un validē dzīvību glābšanas ierīces, piemēram, FDM ražotus nazofaringālus uztriepes paraugus liela apjoma COVID-19 paraugu savākšanai.
• Izplatītā ražošana: Jaunuzņēmumi, piemēram, Figure 4 un Adafruit, izmanto galddatoru FDM platformu plug-and-play mērogojamību, lai pēc pieprasījuma izpildītu specializētus ražošanas pasūtījumus lokāli. Mājas preces, rotaļlietas, dāvanas un citas preces tiek drukātas bez piegādes uz ārzemēm, vienlaikus izvairoties no pārprodukcijas atkritumiem, tādējādi racionalizējot personalizāciju.Modulāras mikrorūpnīcas piegādā pielāgotus amatniecības izstrādājumus Main Street veikalu skatlogiem.

No STEM klasēm līdz robotikas laboratorijām vai rūpnīcu telpām, FDM 3D drukāšana racionalizē inovācijas, izglītību un izkliedēto digitālo ražošanu.

Kāpēc jums vajadzētu izvēlēties FDM?

Papildus FDM pastāv vairākas aditīvās ražošanas tehnoloģijas, katrai no tām ir unikālas priekšrocības noteiktos pielietojumos. Bet kas padara FDM par "pirmo starp vienlīdzīgajiem" pasaulē visizplatītāko 3D drukāšanas metodi?

1. Pieejamība un vienkāršība

FDM 3D printeri dominē globālajos pārdošanas apjomos pateicoties ļoti pieejamiem darbvirsmas modeļiem un materiāliem, kas ļauj ikvienam personīgi izpētīt 3D drukāšanu ar zemu risku. Vienkārša lietotāja pieredze arī nodrošina plašu ieviešanu no skolām līdz ražošanai. FDM nodrošina visekonomiskāko un pieejamāko pāreju uz aditīvo ražošanu.

2. Materiālu daudzpusība

Pieejamo termoplastisko pavedienu klāsts, sākot no pamata PLA un ABS līdz pat sarežģītākiem specializētiem kompozītmateriāliem, ļauj pielāgot izdrukas, sākot no pamatkoncepcijām līdz rūpnieciskas kvalitātes inženiertehniskajiem materiāliem galalietošanas produktiem. Šī elastība veicina radošumu.

3. Uzticama kvalitāte

Vairāk nekā 30 gadu pieredze ekstrūzijas un kustības vadības sistēmu optimizēšanā nodrošina izmēru precizitāti un atkārtojamību, kas tiek sagaidīta no digitālās ražošanas platformas, kas ir līdzvērtīga iesmidzināšanas formēšanai. Aviācijas un kosmosa, kā arī medicīnas nozares paļaujas uz precīzu FDM ražošanu.

Lai gan alternatīvi 3D drukāšanas procesi nodrošina labāku virsmas apdari, ātrumu, izturību un mērogu progresīviem lietojumiem, FDM nodrošina optimālu iespēju, materiālu izvēles, ekspluatācijas izmaksu un uzticamības apvienojumu, kas ir piemērots lielākajai daļai izplatītāko patērētāju un komerciālo ieviešanas gadījumu. Novēršot ieviešanas šķēršļus, FDM padara inovācijas, izmantojot aditīvo ražošanu, pieejamas ikvienam.

FDM nākotne: kas tālāk?

FDM saglabā spēcīgu impulsu kā 3D drukas vārti dizaina prototipu izstrādei un mazapjoma ražošanai. Prognozes paredz, ka rūpnieciskās sistēmas vien pārspēs 18 miljardu dolāru globālie ieņēmumi līdz 2027. gadam, ko nesīs nākotne?

• Materiālu inovācijas: Augstas izturības termoplastu un drukātās elektronikas attīstība vēl vairāk paplašinās pielietojumu transportā, kosmosa, infrastruktūras un ierīču ražošanā.
• Automatizācijas integrācija: Digitālās darbplūsmas racionalizēšana, savienojot modelēšanas programmatūru ar pasūtījumu izpildes platformām un noliktavām, paātrinās plaša mēroga ieviešanu izkliedētos ražošanas tīklos.
• Oglekļa ierobežojumi: Pastiprinoties ilgtspējības iniciatīvām, vietējā ražošana pēc pieprasījuma sola ievērojamu oglekļa emisiju samazinājumu, likvidējot jūras pārvadājumus un atkritumus, vienlaikus atbalstot servitizācijas biznesa modeļus.

Ideju īstenošana dzīvē

Tā kā FDM demokratizē digitālo ražošanu, izmantojot arvien attīstošākas pieejamas un precīzas 3D drukas sistēmas, novatori iegūst pieejamu rīku komplektu, lai radošas vīzijas pārvērstu realitātē, vienkārši izkausējot un savienojot materiālus paredzētajās formās, neatkarīgi no tā, vai tiek veidoti prototipi mājās vai ražoti plašā mērogā. Atklājot pragmatisko meistarību, kas slēpjas aiz aditīvās ražošanas, kādreiz noslēpumainā 3D drukas tehnoloģija tagad dod ikvienam iespēju kristalizēt iztēli turamā radījumā uz darba galda, ražotāja telpā vai pat uz galda, jo šī jaunā ražošanas paradigma pārveidojas iespējamajā veidā.

Lasīt vairāk

• SLA vai FDM 3D drukāšana: kuru tehnoloģiju izvēlēties?
• Bezmaksas modelēšanas programmatūras ieteikumi
• Populāra 3D drukāšanas griešanas programmatūra