¿Está interesado en conocer los fundamentos de la impresión 3D FDM? Este artículo explora los principios subyacentes de la tecnología FDM y explica por qué es una opción viable y rentable para la creación rápida de prototipos. Siga leyendo para obtener información sobre la última tecnología de impresión en 3D a fin de tomar una decisión informada cuando busque opciones de impresión en 3D.
Índice del contenido
El creciente mercado de la impresión 3D FDM
Una comprensión integral de la tecnología de impresión 3D FDM
Ventajas y desventajas del método de impresión 3D FDM
Aplicaciones de la impresión 3D FDM
El creciente mercado de la impresión 3D FDM
El mercado mundial de la impresión 3D valía US$13.84 mil millones en 2021 y se prevé que crezca a una tasa de crecimiento anual compuesto (CAGR) del 20.8 % entre 2020 y 2030. El mercado ha crecido debido a una importante inversión en I+D en impresión 3D y a la creciente demanda de aplicaciones de creación de prototipos en los sectores de automoción, salud, y las industrias de defensa.
La impresión 3D FDM ha ganado popularidad en los últimos años debido a su alto rendimiento a un menor costo, ahorrando a las empresas hasta un 50 % en su proceso de herramientas. Otros beneficios incluyen creación rápida de prototipos, impresión bajo demanda, flexibilidad de diseño, desperdicio mínimo, etc.
Continúe leyendo para conocer los fundamentos de FDM Tecnología 3D, sus características y sus ventajas frente a otros métodos de impresión.
Una comprensión integral de la tecnología de impresión 3D FDM
¿Qué es la tecnología FDM para impresión 3D?
El modelado por deposición fundida (FDM) es una técnica de fabricación aditiva que consiste en extruir materiales a través de una boquilla y fusionarlos para producir objetos tridimensionales. En comparación con la impresión 3D de hormigón y alimentos, el proceso FDM estándar difiere de otras técnicas de extrusión de materiales. Utiliza termoplásticos como materia prima, generalmente en forma de filamentos o gránulos.
Por lo general, un FDM 3D impresora funde materiales empujando el filamento a base de polímero a través de una boquilla calentada; Luego, los materiales se depositan en la plataforma de construcción en capas 2D. Estas capas eventualmente se fusionan para formar partes 3D.
En general, una impresora FDM es la forma más rápida de imprimir en 3D y es accesible y eficiente. Estas impresoras dominan el mercado de la impresión 3D porque son más fáciles de usar que las impresoras 3D de resina y menos costosas que sus contrapartes basadas en polvo como la SLS.
¿Cuándo se introdujo la tecnología FDM?
Aunque FDM es actualmente la técnica de impresión 3D más utilizada, no fue la primera técnica 3D que se creó. Unos años después de que se presentaran las patentes para la estereolitografía (SLA) y la sinterización selectiva por láser (SLS), Scott Crump presentó la primera patente FDM en 1989.
La tecnología FDM solo era popular entre los usuarios no comerciales, como los académicos de la Universidad de Bath, que estaban interesados principalmente en crear dispositivos autorreplicantes. Sin embargo, la patente FDM expiró en 2009 y las personas que fueron pioneras en esta tecnología fundaron MakerBot Industries para comercializar 3D. impresoras.
¿Cómo funciona la impresión 3D FDM?
An FDM La impresora 3D crea objetos depositando materiales de filamentos derretidos sobre una plataforma de construcción capa por capa hasta que tenga una pieza completa. Utilizan los archivos de diseño digital cargados en la máquina para obtener las dimensiones físicas. Estas impresoras utilizan polímeros como PLA, ABS, PEI y PETG, que se transfieren como hilos a través de una boquilla calentada.
Se carga un carrete de filamento termoplástico en la impresora para que la impresora arranque. Una vez que la boquilla alcanza la temperatura deseada, el filamento pasa a través de un cabezal de extrusión y una boquilla.
Este cabezal de extrusión está vinculado a un sistema de tres ejes y puede moverse a lo largo de los ejes X, Y y Z. Luego, la máquina extruye el material fundido en soportes delgados, depositados capa por capa en el diseño predeterminado. Eventualmente, el material se enfría y solidifica.
Se necesitan varias pasadas para terminar un proyecto. La plataforma de construcción desciende y la impresora comienza a trabajar en la siguiente capa después de terminar la capa anterior. En algunas máquinas, el cabezal de extrusión se mueve hacia arriba y hacia abajo hasta completar la pieza.
¿Cuáles son las características de la impresión 3D FDM?
Aunque FDM 3D impresoras difieren en términos de calidad de la pieza y sus sistemas de extrusión según la marca y el modelo, algunas características son consistentes en todas las impresoras FDM.
1. Velocidad y temperatura de construcción
Casi todos los sistemas FDM permiten a los usuarios cambiar la temperatura, la velocidad de construcción, la velocidad del ventilador de enfriamiento y la altura de la capa según sea necesario. Por lo general, los determina el proveedor de servicios de impresión y varían según el material.
2. Construir volumen
El volumen de construcción se refiere al tamaño de la pieza que la impresora puede crear. Una impresora 3D de bricolaje normalmente tiene un volumen de construcción de 200 x 200 mm, mientras que una máquina industrial puede tener un volumen de construcción de 1000 x 1000 x 1000 mm. Los usuarios deben considerar el volumen de construcción de la impresora y su diseño propuesto antes de realizar una compra. Sin embargo, los modelos grandes también se pueden imprimir en trozos más pequeños.
3. Adhesión de capas
En la impresión FDM, la adherencia estrecha entre las capas depositadas de una pieza es esencial. La capa previamente impresa se fusiona con termoplástico fundido que la impresora extruye a través de la boquilla. Esta capa vuelve a fundirse a alta presión y temperatura, lo que le permite unirse a la capa anterior.
Además, la forma del material fundido cambia a un óvalo a medida que presiona contra la capa previamente impresa. Independientemente de la altura de la capa que se utilice, las piezas FDM siempre tienen una superficie ondulada y las características pequeñas, como roscas o agujeros pequeños, pueden necesitar un procesamiento posterior.
4. Altura de la capa
En una máquina FDM, la altura de la capa puede estar entre 0.02 mm y 0.4 mm. Se producen piezas más suaves y las geometrías curvas se capturan con precisión con alturas de capa más bajas. Por otro lado, la impresión de piezas con una mayor altura de capa es más rápida y menos costosa. Una altura de capa de 0.2 mm suele ser un buen equilibrio entre tiempo, costo y calidad.
5. Grosor del relleno y de la cubierta
Las impresoras FDM normalmente no producen piezas sólidas para acelerar el tiempo de impresión y los materiales de desecho. En su lugar, la impresora traza el perímetro exterior de la cubierta varias veces antes de llenar el interior, conocido como relleno, con una estructura interna de baja densidad.
La resistencia de las piezas impresas está determinada por el relleno y el grosor de la cubierta. La mayoría de las impresoras FDM de escritorio tienen una densidad de relleno predeterminada del 20 % y un grosor de carcasa de 1 mm. Esto da como resultado un equilibrio perfecto entre fuerza y velocidad para impresiones rápidas.
6. Deformación
La deformación es uno de los defectos más frecuentes de FDM: cuando los materiales extruidos se solidifican, su tamaño se reduce. Además, diferentes secciones de la pieza impresa se enfrían a diferentes velocidades y sus dimensiones también cambian a diferentes velocidades. Debido a la acumulación de tensión interna provocada por este enfriamiento diferencial, la capa subyacente se mueve hacia arriba y se deforma.
Sin embargo, existen varios métodos para evitar la deformación. Un enfoque es monitorear de cerca la temperatura del sistema, particularmente la plataforma y la cámara de construcción. El segundo paso es mejorar la adhesión entre la plataforma de construcción y la pieza.
Ventajas y desventajas del método de impresión 3D FDM
Ventajas
Rendimiento
- A diferencia de otros métodos como las impresoras 3D de resina, FDM impresoras se puede escalar fácilmente a cualquier tamaño, con la única restricción del movimiento de cada pórtico.
- En cuanto a los materiales de impresión, los filamentos FDM son asequibles, especialmente en comparación con los materiales necesarios para otros métodos, como SLS y la impresión con resina.
- En comparación con sus rivales, las impresoras FDM son más flexibles. Con solo unas pocas mejoras y modificaciones, pueden imprimir una amplia gama de materiales termoplásticos, lo que no es posible con otros métodos en los que el material debe ser resina o un polvo fino.
Calidad de impresión
- La impresora FDM es flexible y puede adaptarse a diferentes materiales FDM. Puede crear piezas con diferentes propiedades y apariencias simplemente cambiando el tipo de filamento.
- La calidad de impresión se refiere no solo a la apariencia sino también a su desempeño mecánico. En comparación con las frágiles impresiones 3D de resina, FDM produce piezas sólidas y duraderas.
- Las impresoras FDM también son versátiles en el sentido de que la calidad de impresión se puede sacrificar por la velocidad y la destreza, lo que las convierte en una herramienta ideal para crear piezas estéticamente agradables y funcionales.
Desventajas
- La impresión 3D FDM es más adecuada para la producción de piezas de tamaño pequeño, pero es probable que los productos terminados tengan superficies rugosas y necesiten un procesamiento posterior para tener un acabado más suave.
- Debido a que las impresoras FDM colocan los filamentos capa por capa, son propensos a romperse, lo que hace que las impresiones sean anisotrópicas.
- La impresión FDM requiere el uso de estructuras de soporte, lo que puede aumentar los costos.
Aplicaciones de la impresión 3D FDM
Modelado arquitectónico: Las impresoras 3D se utilizan mucho para crear modelos arquitectónicos porque son más rápidas y relativamente más baratas que los métodos convencionales. Un rollo de filamento puede producir de tres a cuatro modelos, ahorrando costos.
Fabricación automotriz: La impresión 3D se usa comúnmente para diseñar la estructura interna del automóvil. Los usuarios pueden crear medidas precisas para la fabricación de automóviles utilizando software 3D.
Modelos quirúrgicos: el FDM La tecnología 3D ha permitido a los médicos planificar mejor las cirugías al proporcionarles órganos que son una réplica del paciente. Tienen una estructura precisa, se pueden hacer macizos o huecos y se pueden imprimir en horas.
