Kaj je FDM 3D tiskanje?

Vstopite v katero koli sodobno strojno delavnico, delavnico ali celo dnevno sobo in verjetno boste naleteli na ikoničen prizor – ogrodje 3D-tiskalnika, ki enakomerno izdeluje plastične dele plast za plastjo, kot robotski pajek, ki plete geometrijske mreže. Vendar pa ima ta navidezna čarovnija precej vsakdanje ime – modeliranje s taljenjem ali FDM.

Kaj je FDM 3D tiskanje?

FDM se nanaša na najpogostejšo obliko tehnologije aditivne proizvodnje, ki se danes uporablja. Kot dostopen in zanesljiv postopek 3D-tiskanja FDM konstruira predmete s selektivnim nanašanjem staljenega termoplastičnega materiala plast za plastjo v vnaprej določene poti tiskanja.

Izraz izhaja iz osnovnega načela delovanja – filamentna surovina se najprej segreje do poltekočega stanja, nato pa se ekstrudira in nanese na površino za tiskanje, kjer se hitro strdi in zlije z obstoječimi plastmi. Ko se fine plastične kroglice nanesejo in povežejo, deli dobijo obliko, ki izhaja iz procesa tiskanja.

Izumljeno pred več kot 30 letiZgodnje tehnologije FDM so v komercialnih storitvah 3D-tiskanja izdelovale prototipe iz ABS plastike. Od takrat so se zmogljivosti tiskanja FDM hitro razvile zaradi razvoja natančnih mehanizmov ekstruderjev, raznolikih termoplastičnih materialov in razširjenih aplikacij – vse to ob ugodnejših stroških opreme.

FDM 3D-tiskanje, ki je zdaj dejanski standard v aditivni proizvodnji, ponuja tako podjetjem kot potrošnikom vsestransko orodje za digitalno izdelavo, ki omogoča hiter prehod iz 3D-modelov v fizične objekte. Od globalnih proizvodnih linij do namiznih domačih postavitev, Ugled FDM-ja glede zanesljivosti še naprej spodbuja vseprisotnost, saj tehnologija na novo izumlja dostop do proizvodnje v 21. stoletju in pozneje.

Kako deluje 3D-tiskanje FDM

Raziščimo pot od datoteke do oprijemljivega izdelka skozi bistvene faze 3D-tiskanja FDM.

1. Faza načrtovanja

Vsak predmet, ki ga ustvari 3D-tiskalnik FDM, se začne kot digitalni načrt. Ta se običajno izdela v programski opremi za računalniško podprto načrtovanje (CAD), kjer se zasnova natančno modelira. Ko je končan, se ta digitalni model shrani v obliko datoteke, kot sta STL ali OBJ, ki ju lahko interpretira programska oprema za rezanje.

2. Rezanje modela

Ko je faza načrtovanja končana, naslednji korak vključuje uporabo programska oprema za rezanje. To zmogljivo orodje vzame 3D-model in ga razdeli na stotine ali tisoče horizontalnih plasti. Programska oprema nato te plasti prevede v G-kodo, jezik, ki tiskalniku naroči natančne gibe, potrebne za ponovno ustvarjanje objekta plast za plastjo.

3. Priprava za tiskanje

Ko so navodila G-kode pripravljena, je tiskalnik pripravljen. Vstavi se tuljava termoplastičnega filamenta in tiskalnik predhodno segreje svojo šobo na temperaturo, primerno za taljenje materiala. Ta priprava zagotavlja nemoten pretok plastike med tiskanjem.

4. Postopek tiskanja

Tiskanje se začne s šobo, ki na platformo za izdelavo nanese prvo plast staljene plastike. Šoba se premika po vnaprej določenih poteh, ki jih določa G-koda, in oblikuje obliko predmeta z dodajanjem plasti eno za drugo. Medtem se platforma za izdelavo po vsaki plasti postopoma spušča in prilagaja dodajanju novega materiala.

5. Hlajenje in strjevanje

Takoj po iztisnjenju skozi segreto šobo se plastika hitro ohladi in se strdi skoraj ob stiku z nastajajočim delom ali platformo za izdelavo.Hitro hlajenje zagotavlja, da se vsaka nova plast trdno združi s prejšnjo, s čimer se ohrani celovitost in oblika razvijajočega se predmeta.

6. Podporne strukture

Predmeti s kompleksnimi zasnovami pogosto potrebujejo začasne podporne strukture. Te opore podpirajo previse in stabilizirajo zapletene geometrije med tiskanjem. Zasnovane so tako, da jih je mogoče enostavno odstraniti, in se med naknadno obdelavo odstranijo, tako da ostane predvidena zasnova.

7. Naknadna obdelava

Ko je natisnjen zadnji sloj in je celoten predmet v celoti oblikovan, se izvede vsa potrebna naknadna obdelava. To lahko vključuje odstranitev prej omenjenih podpornih struktur, brušenje površine za zmanjšanje vidnosti slojev in včasih barvanje ali obdelavo predmeta za izboljšanje njegovih funkcionalnih lastnosti ali estetske privlačnosti.

Z upoštevanjem teh faz, FDM 3D tiskalniki pretvoriti digitalne modele v fizične, tridimenzionalne predmete. Ta fascinantna mešanica oblikovanja, tehnologije in znanosti o materialih je tisto, zaradi česar je 3D-tiskanje FDM temelj na področju hitre izdelave prototipov in proizvodnje.

Ključne značilnosti FDM tiskovin

Kot pri vsaki proizvodni metodi, FDM 3D tiskanje ima edinstvene lastnosti, ki so lastne temu procesu. Poznavanje teh ključnih značilnosti FDM pomaga pri odločitvah o oblikovanju.

• Anizotropna trdnost: Zaradi večplastnega oprijemnega vzorca 3D-tiskov se deli šibkeje cepijo med plastmi, namesto da bi se trgali čeznje. Ključna je optimizacija orientacije.
• Natančnost poravnave: Odstopanja v proizvodnji od 0,1 do 0,5 % še vedno omogočajo visoke tolerance in ustrezne sklope, če so skrbno kalibrirani. Natančnost zadeva vse sisteme.
• Horizontalna ločljivost: Medtem ko debelina plasti omejuje navpično natančnost, je ločljivost XY odvisna od velikosti šobe ekstruderja, ki je običajno od 0,2 do 0,8 mm za robustne odtise.

Poglobljeno spoznavanje posebnosti procesa FDM omogoča polno izkoriščanje, tako da ustvarjalci konceptualno rešujejo izzive v priložnosti.

Glavne komponente tiskalnika FDM

FDM tiskanje uporablja digitalne 3D-modelne datoteke, kot so tisti, izvoženi iz programske opreme CAD, in jih fizično upodobi v resničnost s pomočjo usklajenega plesa le nekaj visokotehnoloških komponent:

• Filament: Ta naviti kolut zagotavlja surovino – običajno termoplastičen material debeline 1,75 mm ali 2,85 mm, kot sta ABS ali PLA.
• Tiskalna šoba: Filament se dovaja v vročo šobo, ki se segreje za taljenje materiala. Šobe s povprečnim premerom 0,4 mm iztisnejo natančne kroglice tekoče plastike.
• Tiskalna postelja: Šoba s preciznim pozicioniranjem nanese staljeni filament na tiskalno površino in tako plast za plastjo ustvari oblike. Oprijem preprečuje upogibanje.
• Portalni sistem: Motorji koordinirajo šobo ekstruderja v dimenzijskem prostoru X/Y/Z, vodeni po zelo natančnih poti tiskanja.

S ponavljanjem zaporedja – taljenje, nanašanje, hlajenje in lepljenje – stroji FDM konstruirajo celotne predmete od spodaj navzgor, ko se dvodimenzionalne plasti kopičijo navpično. Po končani plasti se ploščad za izdelavo spusti in šoba ekstruderja nanese še eno staljeno plastično progo neposredno na zadnjo, dokler ne doseže predpisane višine.

Preden se digitalne datoteke modelov natisnejo, jih je treba "razrezati", da se 3D-geometrije pretvorijo v numerične poti orodij – v bistvu v navodila G-kode. Tako kot pri skeniranju kruha tudi na stotine namišljenih horizontalnih prerezov določa plasti tiskanja.

Materiali za 3D-tiskanje FDM: več kot le staljena plastika

Čeprav se tiskanje FDM pogosto uporablja zaradi svoje zanesljivosti in rezultatov v različnih aplikacijah, je vzpon tehnologije delno posledica široke palete ... funkcionalni materiali krepitev njegovih zmogljivosti daleč preko zgolj izdelave prototipov.

• Definicija termoplastov: Materiali za tiskanje, na katerih temelji prednost FDM, spadajo v razred termoplastov – plastike, ki se pri segrevanju topijo, a se ob ohlajanju rekristalizirajo v trdne snovi. Ta reverzibilna lastnost omogoča natančno nanašanje v utekočinjenem stanju.
• Pogoste nitke: ABS in PLA filamenti prevladujejo kot vodilni filamenti, sledijo jim medeninasti polnilniki, PETG in fleksibilni TPE za specializirane aplikacije. Nadaljnji kompoziti, kot so les ali mešanice ogljikovih vlaken, širijo možnosti.
• Eksotični in funkcionalni filamenti: Električno prevodni filamenti vgrajujejo vezja, ki neposredno povezujejo natisnjene predmete z napajanjem ali signali. Medtem topni podporni filamenti izboljšajo viseče vzorce, vendar se po potrebi sperejo in izginejo kot duhovi, ko končajo svoje delo.
• Izbira po lastnostih: Gostota, oprijem plasti, odpornost na UV-žarke in biorazgradljivost pomagajo določiti idealne materiale za obratovalne pogoje, pri čemer upoštevajo toploto, izpostavljenost zunanjim vplivom ali prilagodljivo funkcijo zaskočnega prileganja, ki presega vizualno prototipiranje.

Uporaba FDM v resničnem svetu

FDM, prvotno zasnovan za priročno izdelavo prototipov zasnov izdelkov, se je izkazal za tako zanesljivega, da je danes FDM tiskalniki so deležni široke uporabe v ključnih proizvodnih vlogah v vseh sektorjih.

• Hitra proizvodnja: Proizvajalci letalske in vesoljske industrije uporabljajo industrijske sisteme FDM za tiskanje natančnih montažnih šablon, ki držijo sestavne dele letal med strojno obdelavo. S 3D-tiskanjem teh orodij po meri namesto zunanjega izvajanja konvencionalne izdelave lahko tovarne letal hitro interno prilagajajo vpenjala, ko se potrebe spreminjajo.
• Izobrazba: Šole in univerze so v namizne FDM 3D-tiskalnike vključile namizne FDM 3D-tiskalnike v programe STEM, kar učencem omogoča učenje z ustvarjanjem fizičnih prototipov predmetov, ki jih sami oblikujejo. Uresničevanje idej spodbuja zanimanje za inženirstvo, tehnologijo in modeliranje za učenje uporabnih znanosti. Izobraževalni 3D-tiskalniki omogočajo praktično eksperimentiranje s projekti. stroškovno učinkovito.
• Medicinsko: Vpliv FDM na zdravstvo se dnevno širi s tiskanjem prilagojenih komponent, ki ustrezajo anatomiji pacientov, z neinvazivno pretvorbo medicinskih slik v 3D-modele. Kirurgi uporabljajo taktilne 3D-natisnjene replike organov, kar jim pomaga pri načrtovanju pred operacijo, medtem ko inženirji hitro oblikujejo in validirajo reševalne naprave, kot so nazofaringealni brisi, izdelani s FDM, za odvzem velikih količin vzorcev COVID-19.
• Distribuirana proizvodnja: Zagonska podjetja, kot sta Figure 4 in Adafruit, izkoriščajo prilagodljivost namiznih platform FDM po principu »plug-and-play« za lokalno izpolnjevanje naročil za specializirano proizvodnjo po naročilu. Gospodinjski izdelki, igrače, darila in drugo se tiskajo brez pošiljanja v tujino, hkrati pa se izognejo prekomerni proizvodnji – s čimer se poenostavi personalizacija. Modularne mikrotovarne prinašajo izdelke po meri v trgovine na glavni ulici.

Od učilnic STEM do laboratorijev za robotiko ali tovarniških hal, FDM 3D tiskanje poenostavlja inovacije, izobraževanje in porazdeljeno digitalno proizvodnjo.

Zakaj bi morali izbrati FDM?

Več tehnologij aditivne proizvodnje obstajajo tudi onkraj FDM, vsaka s svojim edinstvenim prednostom v določenih aplikacijah. Kaj pa FDM uvršča med "prve med enakimi" kot najpogostejšo metodo 3D-tiskanja na svetu?

1. Cenovna dostopnost in preprostost

FDM 3D tiskalniki prevladujejo v svetovni prodaji Zaradi zelo cenovno dostopnih namiznih modelov in materialov, ki omogočajo vsakomur, da osebno razišče 3D-tiskanje z nizkim tveganjem. Preprosta uporabniška izkušnja omogoča tudi široko uporabo od šol do proizvodnje. FDM zagotavlja najbolj ekonomičen in dostopen vstop v aditivno proizvodnjo.

2. Vsestranskost materialov

Paleta razpoložljivih termoplastičnih filamentov, od osnovnih PLA in ABS do naprednejših specialnih kompozitov, omogoča prilagajanje tiskovin od osnovnih konceptov do industrijskih inženirskih materialov za končne izdelke. Ta prilagodljivost spodbuja ustvarjalnost.

3. Zanesljiva kakovost

Več kot 30 let optimizacije sistemov za ekstruzijo in nadzor gibanja zagotavlja dimenzijsko natančnost in ponovljivost, ki se pričakuje od platforme za digitalno izdelavo, enakovredne brizganju. Letalski in medicinski sektor se zanašata na natančno proizvodnjo FDM.

Čeprav alternativni postopki 3D-tiskanja omogočajo vrhunsko površinsko obdelavo, hitrost, trdnost in merilo za napredne aplikacije, FDM ponuja optimalno mešanico zmogljivosti, izbire materialov, obratovalnih stroškov in zanesljivosti, primerno za večino običajnih potrošniških in komercialnih izvedb. Z odpravo ovir za sprejemanje FDM omogoča inovacije prek aditivne proizvodnje vsem.

Najboljše prakse za obvladovanje 3D-tiskanja FDM

Ko se potopite v svet 3D-tiskanja z metodo modeliranja z nanosom taline (FDM), je za doseganje optimalnih rezultatov pomembno obvladovanje nekaj ključnih vidikov. Ta vodnik vas bo popeljal skozi ključne strategije, ki lahko vaše tiskarske projekte dvignejo iz dobrih v odlične.

1. Ustvarjanje pravega okolja za tiskanje

Vsak uspešen tisk začne se s pravimi pogoji. Pomembno je vzdrževati okolje, kjer sta temperatura in vlažnost nadzorovani preprečite, da bi se vaše stvaritve ukrivile ali razvoj drugih napak. Posebej občutljivi materiali, kot je ABS, lahko zahtevajo celo zaprto tiskarsko komoro, da se zagotovi konstantna toplota skozi ves postopek.

2. Doseganje popolne adhezije prvega sloja

Temelj vsakega 3D-tiskanja je njegov prvi sloj. Za pravilno pritrditev na gradbeno ploščo začnite z dobro poravnano posteljo. Običajna tehnika vključuje uporabo standardnega lista papirja za merjenje razdalje med šobo in posteljo ter prilagajanje, dokler ne začutite rahlega vlečenja papirja pri premikanju. Za materiale, ki se lahko dvignejo, razmislite o lepilnih pripomočkih, kot so lepilo v stiku, lak za lase ali namenske nalepke za 3D-tiskalniško posteljo, da okrepite oprijem.

3. Uravnoteženje gostote polnila in debeline lupine

Moč tiska in kakovost končne obdelave sta odvisni od iskanja popolnega ravnovesja med gostoto polnila vašega modela in debelino njegove zunanje lupine. Več polnila sicer pomeni večjo vzdržljivost, vendar vodi tudi do daljšega časa tiskanja in večje porabe materiala. Prilagodite te nastavitve glede na predvideno uporabo vašega natisnjenega predmeta in ne pozabite, da je včasih manj več.

4. Natančna nastavitev hitrosti in temperatur tiskanja

Čarovnija se pogosto zgodi pri prilagajanju hitrosti tiskanja in temperature ekstrudiranja. Odvisno od vrsta filamenta, boste morda morali upočasniti, da zajamete natančnejše podrobnosti, ali pa povečati temperaturo za tiste z višjim tališčem.Te prilagoditve lahko drastično izboljšajo oprijem plasti in splošno kakovost tiskanja.

5. Zavezanost k rednemu vzdrževanju

Vaš tiskalnik je le toliko zanesljiv, kolikor je zanesljivo njegovo vzdrževanje. Redno čiščenje gradbene plošče, mazanje gibljivih delov in zamenjava komponent, kot so šobe in jermeni, bodo zagotovili nemoteno delovanje vašega stroja in ostre odtise.

6. Pravilni postopki shranjevanja filamentov

Filamenti so lahko občutljivi in ​​nagnjeni k razgradnji, če niso pravilno shranjeni. Tuljave zaščitite pred vlago in neposredno sončno svetlobo tako, da uporabite sušilna sredstva in jih zaprete v nepredušno zaprte posode. Pravilno shranjevanje zagotavlja celovitost materiala in dosledno kakovost tiska.

7. Izpopolnjevanje z naknadno obdelavo

Naknadna obdelava lahko dober odtis spremeni v umetniško delo. Tehnike segajo od brušenja do glajenja z acetonskimi hlapi (za ABS) ali barvanja. Te metode izboljšajo videz in funkcionalnost vašega končnega izdelka.

8. Obvladovanje programske opreme Slicer

Programska oprema za rezanje je možgani vaših izpisov, ki vaše načrte pretvarjajo v natančna navodila za tiskalnik. Izkoristite njeno moč tako, da se naučite, kako upravljati podporne strukture, višine plasti in druge parametre tiskanja, da ustrezajo vašim specifičnim potrebam.

9. Sprejemanje poskusov in napak

Ne bojte se eksperimentirati. Nastavitve prilagajajte postopoma in za vsak projekt dokumentirajte, kaj deluje – in kaj ne. Ta iterativni pristop vodi do nenehnega izboljševanja in globljega razumevanja zmogljivosti vašega tiskalnika.

Prihodnost FDM: Kaj sledi?

FDM ohranja močan zagon kot 3D-tiskanje kot vstopna točka za izdelavo prototipov in izdelavo majhnih količin. Napovedi kažejo, da bodo industrijski sistemi sami po sebi zasenčili 18 milijard dolarjev svetovnih prihodkov do leta 2027, kaj prinaša prihodnost?

• Inovacije materialov: Razvoj visokotrdnostnih termoplastov in tiskane elektronike bo še razširil uporabo v prometu, vesoljski industriji, infrastrukturi in proizvodnji naprav.
• Integracija avtomatizacije: Poenostavitev digitalnega delovnega toka z medsebojnim povezovanjem programske opreme za modeliranje s platformami za izpolnjevanje naročil in skladišči bo pospešila obsežno uvajanje v porazdeljenih proizvodnih omrežjih.
• Omejitve ogljika: Z zaostrovanjem pobud za trajnostni razvoj lokalna proizvodnja na zahtevo obeta znatno zmanjšanje emisij ogljika z odpravo čezmorskega ladijskega prometa in odpadkov, hkrati pa podpira poslovne modele servitizacije.

Uresničitev idej

Ker FDM demokratizira digitalno izdelavo z vedno bolj dostopnimi in natančnimi sistemi 3D-tiskanja, inovatorji pridobijo dostopen nabor orodij za uresničitev ustvarjalnih vizij s preprostim taljenjem in lepljenjem materialov v predvidene oblike, ne glede na to, ali gre za izdelavo prototipov doma ali proizvodnjo v velikem obsegu. Z razkritjem pragmatične obrti aditivne proizvodnje nekoč skrivnostna tehnologija 3D-tiskanja zdaj vsakomur omogoča, da svojo domišljijo pretvori v uporabno stvaritev na svoji delovni mizi, v ustvarjalnem prostoru ali celo na namizju, saj ta nova proizvodna paradigma preoblikuje mogoče stvaritve.

Pogosta vprašanja o FDM 3D tiskanje

1. Kakšne so prednosti in slabosti FDM-ja?

Prednosti: 3D-tiskanje FDM je splošno priznano kot stroškovno učinkovito, tako glede samih tiskalnikov kot uporabljenih materialov.Je uporabniku prijazna, zaradi česar je priljubljena izbira za začetnike in šole. Tehnologija je odlična za hitro izdelavo trpežnih delov in ponuja široko paleto materialov, med katerimi lahko izbirate, vsak z različnimi lastnostmi, prilagojenimi različnim aplikacijam.

Slabosti: Slaba stran je, da FDM nima vedno najgladkejšega zaključka, saj so posamezne plasti pogosto vidne na natisnjenem delu. Poleg tega boste pri tiskanju previsov ali kompleksnih oblik morda potrebovali dodatne strukture, ki podpirajo tisk med postopkom, ki jih boste morali pozneje odstraniti. V primerjavi z drugimi metodami, kot je SLA, sta natančnost in podrobnosti FDM omejeni, in ker tiska plast za plastjo, so lahko deli v eni smeri šibkejši v primerjavi z drugo.

2. Zakaj je FDM boljši od SLA?

FDM je ponavadi "boljši" od SLA v kontekstih, kjer so stroški pomemben dejavnik, saj je na splošno cenejši. FDM tiskalniki so bolj robustni, kar zadeva vrste materialov, ki jih lahko uporabljajo, in ti materiali pogosto vodijo do močnejših delov. Poleg tega, Vzdrževanje tiskalnikov FDM je lažje in uporabo, zato jih boste pogosto našli v delavnicah za ljubitelje in izobraževalnih okoljih. Če pa je vaša prioriteta ustvarjanje predmetov z zelo finimi podrobnostmi in gladko površino, je SLA morda boljša možnost kot FDM.

3. Kako varno je tiskanje FDM?

Tiskanje FDM velja za precej varno, vendar ga morate, tako kot vsako orodje, uporabljati pravilno. Prepričajte se, da je tiskalnik v dobro prezračevanem prostoru, saj lahko segreta plastika sprošča hlape. Vedno bodite previdni v bližini tiskalnika, saj se šoba in podlaga dovolj segrejeta, da povzročita opekline. Upoštevajte navodila proizvajalca za vzdrževanje in delovanje in uživali boste v uporabi. 3D-tiskanje brez varnostnih težav.

4. Koliko časa traja 3D-tiskanje FDM?

Čas, ki ga potrebujemo za tiskanje s FDM tehnologijo, se lahko zelo razlikuje. Majhen in preprost predmet je lahko izdelan v manj kot eni uri, medtem ko lahko večji ali zelo podrobni kosi trajajo cel dan ali celo dlje. Na čas tiskanja vpliva več dejavnikov: velikost predmeta, želena kakovost (ki določa višino plasti) in trdota izdelka (kar vpliva na polnilo). Ravnovesje med temi dejavniki običajno daje najboljši rezultat tako glede časa kot kakovosti tiskanja.

5. Kako dolgo zdržijo 3D-tiskalniki FDM?

Življenjska doba 3D-tiskalnika FDM je res odvisna od tega, kako zanj skrbite. Redna uporaba ni problem – pravzaprav stroji pogosto koristijo, če se uporabljajo, namesto da stojijo v mirovanju. Ključ do dolge življenjske dobe je redno vzdrževanje, kot sta čiščenje in občasno ... zamenjava delov, kot je šoba ali tiskalno ploščo, če kaže znake obrabe. S takšno nego vam lahko dober tiskalnik FDM dobro služi več let – pet let ali več ni neobičajno, nekateri uporabniki pa poročajo, da njihovi tiskalniki ob ustrezni negi delujejo še veliko dlje.

Preberi več

• 3D-tiskanje z ogljikovimi vlakni: Popoln vodnik
• Odpravljanje težav s 3D-tiskanjem: 15 najpogostejših težav &Rešitve
• Zakaj se moj 3D-tisk ne oprime postelje?
• Je 3D-tiskanje varno za otroke