Vous souhaitez en savoir plus sur les bases de l'impression 3D FDM ? Cet article explore les principes sous-jacents de la technologie FDM et explique pourquoi il s'agit d'une option viable et rentable pour le prototypage rapide. Continuez à lire pour obtenir des informations sur la dernière technologie d'impression 3D afin de prendre une décision éclairée lors de l'examen des options d'impression 3D.
Table des matières
Le marché croissant de l'impression 3D FDM
Une compréhension approfondie de la technologie d'impression 3D FDM
Avantages et inconvénients de la méthode d'impression 3D FDM
Applications de l'impression 3D FDM
Le marché croissant de l'impression 3D FDM
Le marché mondial de l'impression 3D valait US $13.84 milliards en 2021 et devrait croître à un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 20.8 % entre 2020 et 2030. Le marché s'est développé en raison d'investissements importants en R&D dans l'impression 3D et de la demande croissante d'applications de prototypage dans les secteurs de l'automobile, de la santé, et industries de la défense.
L'impression 3D FDM a gagné en popularité ces dernières années en raison de ses hautes performances à moindre coût, permettant aux entreprises d'économiser jusqu'à 50 % sur leur processus d'outillage. Les autres avantages incluent le prototypage rapide, l'impression à la demande, la flexibilité de la conception, un minimum de déchets, etc.
Continuez à lire pour en savoir plus sur les principes fondamentaux de FDM La technologie 3D, ses caractéristiques et ses avantages par rapport aux autres méthodes d'impression.
Une compréhension approfondie de la technologie d'impression 3D FDM
Qu'est-ce que la technologie FDM pour l'impression 3D ?
La modélisation par dépôt de fil fondu (FDM) est une technique de fabrication additive qui consiste à extruder des matériaux à travers une buse et à les fusionner pour produire des objets tridimensionnels. Comparé à l'impression 3D de béton et d'aliments, le processus FDM standard diffère des autres techniques d'extrusion de matériaux. Il utilise des thermoplastiques comme matières premières, généralement sous forme de filaments ou de granulés.
Typiquement, un FDM 3D imprimante fait fondre les matériaux en poussant un filament à base de polymère à travers une buse chauffée ; les matériaux sont ensuite déposés sur la plateforme de fabrication en couches 2D. Ces couches finissent par fusionner pour former des pièces 3D.
Dans l'ensemble, une imprimante FDM est le moyen le plus rapide d'imprimer en 3D et est accessible et efficace. Ces imprimantes dominent le marché de l'impression 3D car elles sont plus faciles à utiliser que les imprimantes 3D à résine et moins chères que leurs homologues à base de poudre telles que SLS.
Quand la technologie FDM a-t-elle été introduite ?
Bien que le FDM soit actuellement la technique d'impression 3D la plus utilisée, ce n'était pas la première technique 3D à être créée. Quelques années après le dépôt des brevets pour la stéréolithographie (SLA) et le frittage sélectif par laser (SLS), Scott Crump dépose le premier brevet FDM en 1989.
La technologie FDM n'était populaire que parmi les utilisateurs non commerciaux, tels que les universitaires de l'Université de Bath, qui étaient principalement intéressés par la création de dispositifs auto-répliquants. Le brevet FDM, cependant, a expiré en 2009, et les individus qui ont été les pionniers de cette technologie ont fondé MakerBot Industries pour commercialiser la 3D. imprimantes.
Comment fonctionne l'impression 3D FDM ?
An FDM L'imprimante 3D crée des objets en déposant des matériaux de filaments fondus sur une plate-forme de construction couche par couche jusqu'à ce que vous ayez une pièce complète. Ils utilisent les fichiers de conception numérique téléchargés sur la machine pour obtenir les dimensions physiques. Ces imprimantes utilisent des polymères tels que le PLA, l'ABS, le PEI et le PETG, qui sont transférés sous forme de fils à travers une buse chauffée.
Une bobine de filament thermoplastique est chargée dans l'imprimante pour démarrer l'imprimante. Une fois que la buse atteint la température souhaitée, le filament passe à travers une tête d'extrusion et une buse.
Cette tête d'extrusion est reliée à un système à trois axes et peut se déplacer le long des axes X, Y et Z. La machine extrude ensuite le matériau fondu en bandes minces, déposées couche par couche dans la conception prédéterminée. Finalement, le matériau refroidit et se solidifie.
Il faut plusieurs passages pour terminer un projet. La plate-forme de fabrication descend et l'imprimante commence à travailler sur la couche suivante après avoir terminé la couche précédente. Dans certaines machines, la tête d'extrusion monte et descend jusqu'à ce que la pièce soit terminée.
Quelles sont les fonctionnalités de l'impression 3D FDM ?
Bien que FDM 3D imprimantes diffèrent en termes de qualité des pièces et de leurs systèmes d'extrusion selon la marque et le modèle, quelques caractéristiques sont cohérentes sur toutes les imprimantes FDM.
1. Construire la vitesse et la température
Presque tous les systèmes FDM permettent aux utilisateurs de modifier la température, la vitesse de construction, la vitesse du ventilateur de refroidissement et la hauteur de la couche selon les besoins. Ceux-ci sont généralement déterminés par le fournisseur de services d'impression et varient en fonction du matériau.
2. Créer du volume
Le volume de construction fait référence à la taille de la pièce que l'imprimante peut créer. Une imprimante 3D DIY a généralement un volume de construction de 200 x 200 mm, alors qu'une machine industrielle peut avoir un volume de construction de 1000 x 1000 x 1000 mm. Les utilisateurs doivent tenir compte du volume de construction de l'imprimante et de la conception proposée avant d'effectuer un achat. Cependant, les grands modèles peuvent également être imprimés en plus petits morceaux.
3. Adhésion des couches
Dans l'impression FDM, une adhérence serrée entre les couches déposées d'une pièce est essentielle. La couche précédemment imprimée est fusionnée avec du thermoplastique fondu que l'imprimante extrude à travers la buse. Cette couche refond sous haute pression et température, ce qui lui permet de se lier à la couche précédente.
De plus, la forme du matériau fondu se transforme en un ovale lorsqu'il appuie contre la couche précédemment imprimée. Quelle que soit la hauteur de couche utilisée, les pièces FDM ont toujours une surface ondulée et de petites caractéristiques telles que des filetages ou de petits trous peuvent nécessiter un post-traitement.
4. Hauteur de couche
Dans une machine FDM, la hauteur de couche peut être comprise entre 0.02 mm et 0.4 mm. Des pièces plus lisses sont produites et les géométries courbes sont capturées avec précision avec des hauteurs de couche inférieures. D'autre part, l'impression de pièces avec une hauteur de couche plus élevée est plus rapide et moins coûteuse. Une hauteur de couche de 0.2 mm est généralement un bon équilibre entre temps, coût et qualité.
5. Remplissage et épaisseur de coque
Les imprimantes FDM ne produisent généralement pas de pièces solides pour accélérer le temps d'impression et les déchets. Au lieu de cela, l'imprimante trace plusieurs fois le périmètre extérieur de la coque avant de remplir l'intérieur, appelé remplissage, avec une structure interne à faible densité.
La résistance des pièces imprimées est déterminée par le remplissage et l'épaisseur de la coque. La plupart des imprimantes FDM de bureau ont une densité de remplissage par défaut de 20 % et une épaisseur de coque de 1 mm. Il en résulte un équilibre parfait entre force et vitesse pour des impressions rapides.
6. Déformation
Le gauchissement est l'un des défauts FDM les plus répandus - lorsque les matériaux extrudés se solidifient, ils rétrécissent. De plus, différentes sections de la pièce imprimée refroidissent à des vitesses variables, et leurs dimensions changent également à des vitesses différentes. En raison de l'accumulation de contraintes internes provoquée par ce refroidissement différentiel, la couche sous-jacente se déplace vers le haut et se déforme.
Il existe cependant diverses méthodes pour empêcher le gauchissement. Une approche consiste à surveiller de près la température du système, en particulier la plate-forme de construction et la chambre. La deuxième étape consiste à améliorer l'adhérence entre la plateforme de fabrication et la pièce.
Avantages et inconvénients de la méthode d'impression 3D FDM
Avantages
Performance
- Contrairement à d'autres méthodes comme les imprimantes 3D à résine, FDM imprimantes peut être facilement adapté à n'importe quelle taille, la seule restriction étant le mouvement de chaque portique.
- En ce qui concerne les matériaux d'impression, les filaments FDM sont abordables, en particulier par rapport aux matériaux requis pour d'autres méthodes, telles que le SLS et l'impression à la résine.
- Par rapport à leurs rivales, les imprimantes FDM sont plus flexibles. Avec seulement quelques améliorations et modifications, ils peuvent imprimer une large gamme de matériaux thermoplastiques, ce qui n'est pas possible avec d'autres méthodes où le matériau doit être de la résine ou une poudre fine.
La qualité d'impression
- L'imprimante FDM est flexible et peut accueillir différents matériaux FDM. Il peut créer des pièces avec des propriétés et des apparences variées simplement en changeant le type de filament.
- La qualité d'impression se réfère non seulement à l'apparence mais aussi à ses performances mécaniques. Comparé aux impressions 3D en résine fragiles, le FDM produit des pièces solides et durables.
- Les imprimantes FDM sont également polyvalentes dans la mesure où la qualité d'impression peut être sacrifiée au profit de la vitesse et de la dextérité, ce qui en fait un outil idéal pour créer des pièces à la fois esthétiques et fonctionnelles.
Inconvénients
- L'impression 3D FDM est la mieux adaptée à la production de pièces de petite taille, mais les produits finis sont susceptibles d'avoir des surfaces rugueuses et nécessitent un post-traitement pour avoir une finition plus lisse.
- Étant donné que les imprimantes FDM placent les filaments couche par couche, ils sont susceptibles de se casser, ce qui rend les impressions anisotropes.
- L'impression FDM nécessite l'utilisation de structures de support, ce qui peut augmenter les coûts.
Applications de l'impression 3D FDM
Modélisation architecturale: Les imprimantes 3D sont largement utilisées pour créer des modèles architecturaux car elles sont plus rapides et relativement moins chères que les méthodes conventionnelles. Un rouleau de filament peut produire trois à quatre modèles, ce qui réduit les coûts.
Fabrication automobile: L'impression 3D est couramment utilisée pour concevoir la structure interne de la voiture. Les utilisateurs peuvent créer des mesures précises pour la fabrication automobile à l'aide d'un logiciel 3D.
Modèles chirurgicaux: la FDM La technologie 3D a permis aux médecins de mieux planifier les interventions chirurgicales en leur fournissant des organes qui sont une réplique du patient. Ils ont une structure précise, peuvent être rendus pleins ou creux et peuvent être imprimés en quelques heures.
