Wat is fdm 3d-printen?

Stap een moderne machinewerkplaats, productieruimte of zelfs woonkamer binnen en de kans is groot dat je dat iconische gezicht tegenkomt: het vierkante frame van een 3D-printer, die gestaag plastic onderdelen laag voor laag fabriceert, zoals een robotachtige spin die geometrische webben draait. . Toch heeft die schijnbare magie een nogal alledaagse naam: fused deposition modeling, oftewel FDM.

Wat is een FDM 3D-printer?

FDM verwijst naar de meest voorkomende vorm van additieve productietechnologie die tegenwoordig wordt gebruikt. Als toegankelijk en betrouwbaar 3D-printproces construeert FDM objecten door selectief gesmolten thermoplastisch materiaal laag voor laag af te zetten in vooraf bepaalde printpaden.

De term is afgeleid van het kernprincipe van de werking: filamentvoeding wordt eerst verwarmd tot een semi-vloeibare toestand en vervolgens geëxtrudeerd en op een printoppervlak afgezet, waar het snel stolt en samensmelt met de bestaande lagen. Terwijl fijne plastic kralen worden neergelegd en verbonden, krijgen de onderdelen tijdens het printproces vorm.

Meer dan 30 jaar geleden uitgevondenproduceerden vroege FDM-technologieën prototypes van ABS-plastic in commerciële 3D-printdiensten. Sindsdien zijn de FDM-printmogelijkheden snel vooruitgegaan dankzij ontwikkelingen in nauwkeurige extrudermechanismen, diverse thermoplastische materialen en uitgebreide toepassingen - die allemaal tegemoetkomen aan betaalbare apparatuurkosten.

Nu de de facto standaard in additieve productie, FDM-3D-printen biedt zowel bedrijven als consumenten een veelzijdige digitale fabricagetool die een snelle overgang mogelijk maakt van 3D-modelontwerpen naar fysieke objecten. Variërend van wereldwijde productielijnen tot desktop-thuisopstellingen, De reputatie van FDM op het gebied van betrouwbaarheid blijft de alomtegenwoordigheid stimuleren, terwijl de technologie de toegang tot productie in de 21e eeuw en daarna opnieuw uitvindt.

Belangrijkste kenmerken van FDM-afdrukken

Zoals bij elke productiemethode geldt FDM-3D-printen heeft unieke eigenschappen die inherent zijn aan het proces. Het leren kennen van deze kernkenmerken van FDM helpt bij het maken van ontwerpkeuzes.

• Anisotrope sterkte: Het gelaagde hechtingspatroon van 3D-prints zorgt ervoor dat onderdelen zwakker worden verdeeld tussen lagen in plaats van eroverheen te scheuren. Oriëntatie-optimalisatie is essentieel.
• Uitlijningsprecisie: Productieafwijkingen variërend van 0,1-0,5% maken nog steeds hoge toleranties en passende montages mogelijk, mits zorgvuldig gekalibreerd. Nauwkeurigheid betreft alle systemen.
• Horizontale resolutie: Hoewel de laagdikte de verticale precisie beperkt, hangt de XY-resolutie af van de spuitmondgrootte van de extruder, doorgaans 0,2 tot 0,8 mm voor robuuste prints.

Door vertrouwd te raken met de eigenaardigheden van het FDM-proces, wordt volledig gebruik mogelijk gemaakt, zodat makers uitdagingen conceptueel kunnen omzetten in kansen.

Hoofdcomponenten van een FDM-printer

Bij FDM-printen zijn digitale 3D-modelbestanden nodig, zoals die geëxporteerd uit CAD-software, en maakt ze fysiek werkelijkheid door de gecoördineerde dans van slechts een paar hightechcomponenten:

• Gloeidraad: Deze gewikkelde haspel levert de grondstof - meestal een thermoplastische grondstof van 1,75 mm of 2,85 mm, zoals ABS of PLA.
• Afdrukmondstuk: Filament wordt in een hot-end-mondstuk gevoerd dat wordt verwarmd om het materiaal te smelten. Mondstukdiameters van gemiddeld 0,4 mm extruderen nauwkeurige kralen van vloeibaar plastic.
• Printbed: Onder nauwkeurige positionering zet het mondstuk gesmolten filament op het printbed af, waardoor vormen laag voor laag worden opgebouwd. Hechting voorkomt kromtrekken.
• Portaalsysteem: Motoren coördineren de spuitmond van de extruder in de X/Y/Z-dimensionale ruimte en worden langs zeer nauwkeurige printpaden geleid.

Door de reeks te herhalen - smelten, deponeren, afkoelen en verbinden - construeren FDM-machines hele objecten van onder naar boven terwijl tweedimensionale lagen zich verticaal ophopen. Na het voltooien van een laag gaat het bouwplatform omlaag en legt het mondstuk van de extruder een ander gesmolten plastic spoor direct bovenop de laatste totdat de voorgeschreven hoogte wordt bereikt.

Voordat ze kunnen worden afgedrukt, moeten digitale modelbestanden worden "sliced" om 3D-geometrieën te vertalen naar numerieke toolpaths - in wezen G-code-instructies. Net als bij het scannen van brood bepalen honderden denkbeeldige horizontale dwarsdoorsneden de printlagen.

Materialen voor FDM 3D-printen: meer dan gesmolten plastic

Hoewel FDM-printen wijdverspreid wordt gebruikt vanwege de betrouwbaarheid en resultaten in verschillende toepassingen, is de opkomst van de technologie gedeeltelijk te danken aan het brede palet aan functionele materialen het versterken van zijn mogelijkheden veel verder dan louter prototyping.

• Thermoplastische kunststoffen definiëren: De printbare materialen die ten grondslag liggen aan het FDM-voordeel vallen binnen een klasse die bekend staat als thermoplastische kunststoffen: kunststoffen die smelten onder hitte en toch herkristalliseren tot vaste stoffen wanneer ze worden afgekoeld. Deze omkeerbare eigenschap maakt nauwkeurige afzetting in vloeibare toestand mogelijk.
• Gemeenschappelijke filamenten: ABS- en PLA-filamenten domineren als filamentleiders, gevolgd door messingvulling, PETG en flexibel TPE voor gespecialiseerde toepassingen. Andere composieten zoals hout- of koolstofvezelmengsels breiden de mogelijkheden uit.
• Exotische en functionele filamenten: Elektrisch geleidende filamenten bevatten circuits die gedrukte objecten rechtstreeks verbinden met stroom of signalen. Ondertussen verbeteren oplosbare steunfilamenten overhangende ontwerpen, maar spoelen weg wanneer dat nodig is en verdwijnen als geesten wanneer hun werk klaar is.
• Kiezen op eigenschappen: Dichtheid, hechting van de lagen, UV-bestendigheid en biologische afbreekbaarheid helpen bij het bepalen van de ideale materialen voor bedrijfsomstandigheden, waarbij rekening wordt gehouden met hitte, blootstelling aan de buitenlucht of een flexibele klikfunctie die verder gaat dan visuele prototyping.

FDM-toepassingen in de echte wereld

Oorspronkelijk gemaakt voor het gemakkelijk prototypen van productontwerpconcepten, bleek FDM zo betrouwbaar dat het vandaag de dag zo betrouwbaar is FDM-printers worden in alle sectoren breed toegepast voor bedrijfskritische fabricagerollen.

• Snelle productie: Fabrikanten in de lucht- en ruimtevaart maken gebruik van industriële FDM-systemen om nauwkeurige assemblagemallen te printen die vliegtuigonderdelen bevatten die machinaal worden bewerkt. Door deze aangepaste gereedschappen in 3D te printen in plaats van de conventionele fabricage uit te besteden, kunnen vliegtuigfabrieken de armaturen snel intern aanpassen als de behoeften veranderen.
• Onderwijs: Scholen en universiteiten hebben desktop FDM 3D-printers opgenomen in STEM-programma's, waardoor studenten kunnen leren door fysieke prototypes te maken van objecten die ze ontwerpen. Het omzetten van ideeën in de realiteit motiveert interesse in techniek, technologie en modellering voor toegepast wetenschappelijk leren. Educatieve 3D-printers maken praktische projectexperimenten mogelijk kostenefficiënt.
• Medisch: De impact van FDM op de gezondheidszorg wordt dagelijks groter door het printen van op maat gemaakte componenten die overeenkomen met de anatomie van de patiënt, met niet-invasieve conversie van medische beeldvorming naar 3D-modellen. Chirurgen maken gebruik van tactiele 3D-geprinte orgaanreplica’s die de pre-operatieve planning ondersteunen, terwijl ingenieurs snel levensreddende apparaten ontwerpen en valideren, zoals door FDM geproduceerde nasofaryngeale uitstrijkjes voor het verzamelen van grote aantallen COVID-19-monsters.
• Gedistribueerde productie: Startups zoals Figuur 4 en Adafruit maken gebruik van de plug-and-play-schaalbaarheid van desktop-FDM-platforms om lokaal op aanvraag speciale productieorders uit te voeren. Huishoudelijke artikelen, speelgoed, cadeaus en meer worden geprint zonder verzending naar het buitenland, terwijl overproductieverspilling wordt vermeden, waardoor de personalisatie wordt gestroomlijnd. Modulaire microfabrieken brengen op maat gemaakte ambachten naar de winkelpuien van Main Street.

Van STEM-klaslokalen tot robotica-laboratoria of fabrieksvloeren, FDM-3D-printen stroomlijnt innovatie, onderwijs en gedistribueerde digitale productie.

Waarom zou u voor FDM kiezen??

Naast FDM bestaan ​​er verschillende additieve productietechnologieën, elk met unieke voordelen in bepaalde toepassingen. Maar wat maakt FDM tot de ‘eerste onder gelijken’ als ‘s werelds meest gebruikte 3D-printmethode?

1. Betaalbaarheid en eenvoud

FDM 3D-printers domineren de wereldwijde verkoop dankzij zeer betaalbare desktopmodellen en materialen, waardoor iedereen met laag risico persoonlijk 3D-printen kan verkennen. De eenvoudige gebruikerservaring maakt ook een brede acceptatie mogelijk, van scholen tot productie. FDM biedt de meest economische en toegankelijke opstap naar additieve productie.

2. Materiaalveelzijdigheid

Het assortiment beschikbare thermoplastische filamenten, van basis-PLA en ABS tot meer geavanceerde speciale composieten, maakt het mogelijk prints op maat te maken van basisconcepten tot technische materialen van industriële kwaliteit voor eindproducten. Deze flexibiliteit stimuleert creativiteit.

3. Betrouwbare kwaliteit

Meer dan 30 jaar aan optimalisatie van extrusie- en bewegingscontrolesystemen zorgen voor de maatnauwkeurigheid en herhaalbaarheid die verwacht wordt van een digitaal fabricageplatform dat gelijk staat aan spuitgieten. De lucht- en ruimtevaartsector en de medische sector zijn afhankelijk van precisie-FDM-productie.

Hoewel alternatieve 3D-printprocessen superieure oppervlakteafwerking, snelheid, sterkte en schaal bieden voor geavanceerde toepassingen, FDM levert de optimale mix van mogelijkheden, materiaalkeuze, bedrijfskosten en betrouwbaarheid, geschikt voor de meest voorkomende consumenten- en commerciële implementaties. Door adoptiebarrières weg te nemen, maakt FDM innovatie door middel van additieve productie voor iedereen beschikbaar.

De toekomst van FDM: wat is het volgende?

FDM behoudt een sterk momentum als toegangspoort voor 3D-printen voor ontwerpprototyping en fabricage in kleine volumes. Met voorspellingen die verwachten dat alleen de industriële systemen zullen verdwijnen 18 miljard dollar aan mondiale inkomsten in 2027, Wat brengt de toekomst?

• Materiaalinnovaties: Ontwikkelingen op het gebied van thermoplastische materialen met hoge sterkte en gedrukte elektronica zullen de toepassingen in de transportsector, de lucht- en ruimtevaart, de infrastructuur en de productie van apparaten verder uitbreiden.
• Automatiseringsintegratie: Het stroomlijnen van de digitale workflow door modelleringssoftware te verbinden met orderverwerkingsplatforms en magazijnen zal de grootschalige acceptatie in gedistribueerde productienetwerken versnellen.
• Koolstofbeperkingen: Naarmate de duurzaamheidsinitiatieven strenger worden, belooft lokale productie op aanvraag aanzienlijke verminderingen van de CO2-uitstoot door het elimineren van overzeese scheepvaart en afval, terwijl servitization-bedrijfsmodellen worden ondersteund.

Ideeën tot leven brengen

Terwijl FDM de digitale fabricage democratiseert door middel van steeds geavanceerdere betaalbare en nauwkeurige 3D-printsystemen, verwerven innovators een toegankelijke toolkit om creatieve visies in de werkelijkheid te manifesteren door eenvoudigweg materialen te smelten en te verbinden tot de beoogde vormen, of het nu gaat om thuis prototypen of om op grote schaal te produceren. Door het pragmatische ambacht achter additive manufacturing te onthullen, stelt de ooit mysterieuze 3D-printtechnologie iedereen nu in staat om verbeelding uit te kristalliseren in een houdbare creatie op hun werkbank, makerruimte of zelfs desktop, terwijl dit nieuwe productieparadigma opnieuw vorm krijgt.

Lees verder

• SLA versus FDM 3D-printen: welke technologie moet u kiezen?
• Gratis aanbevelingen voor modelleringssoftware
• Populaire 3D-print-slicing-software