Interessato a conoscere i fondamenti della stampa 3D FDM? Questo articolo esplora i principi alla base della tecnologia FDM e spiega perché è un'opzione praticabile ed economica per la prototipazione rapida. Continua a leggere per ottenere informazioni sulla più recente tecnologia di stampa tridimensionale al fine di prendere una decisione informata quando guardi le opzioni di stampa 3D.
Sommario
Il crescente mercato della stampa 3D FDM
Una comprensione completa della tecnologia di stampa 3D FDM
Vantaggi e svantaggi del metodo di stampa 3D FDM
Applicazioni della stampa 3D FDM
Il crescente mercato della stampa 3D FDM
Il mercato globale della stampa 3D valeva $ USA13.84 miliardi nel 2021 e si prevede che crescerà a un tasso di crescita annuo composto (CAGR) del 20.8% tra il 2020 e il 2030. Il mercato è cresciuto grazie ai significativi investimenti in ricerca e sviluppo nella stampa 3D e alla crescente domanda di applicazioni di prototipazione nei settori automobilistico, sanitario, e industrie della difesa.
La stampa 3D FDM è cresciuta in popolarità negli ultimi anni grazie alle sue elevate prestazioni a un costo inferiore, consentendo alle aziende di risparmiare fino al 50% sul loro processo di attrezzaggio. Altri vantaggi includono la prototipazione rapida, la stampa su richiesta, la flessibilità del design, il minimo spreco e così via.
Continua a leggere per conoscere i fondamenti di FDM La tecnologia 3D, le sue caratteristiche e i suoi vantaggi rispetto ad altri metodi di stampa.
Una comprensione completa della tecnologia di stampa 3D FDM
Cos'è la tecnologia FDM per la stampa 3D?
La modellazione a deposizione fusa (FDM) è una tecnica di produzione additiva che prevede l'estrusione di materiali attraverso un ugello e la loro fusione per produrre oggetti tridimensionali. Rispetto alla stampa 3D di cemento e cibo, il processo FDM standard differisce da altre tecniche di estrusione di materiali. Utilizza materiali termoplastici come materie prime, solitamente sotto forma di filamenti o pellet.
Tipicamente, un FDM 3D stampante scioglie i materiali spingendo il filamento a base di polimero attraverso un ugello riscaldato; i materiali vengono quindi depositati sulla piattaforma di costruzione in strati 2D. Questi strati alla fine si fondono per formare parti 3D.
Nel complesso, una stampante FDM è il modo più rapido per la stampa 3D ed è accessibile ed efficiente. Queste stampanti dominano il mercato della stampa 3D perché sono più facili da usare rispetto alle stampanti 3D in resina e meno costose delle controparti a base di polvere come SLS.
Quando è stata introdotta la tecnologia FDM?
Sebbene FDM sia attualmente la tecnica di stampa 3D più utilizzata, non è stata la prima tecnica 3D ad essere creata. Pochi anni dopo il deposito dei brevetti per la stereolitografia (SLA) e la sinterizzazione laser selettiva (SLS), Scott Crump presentò il primo brevetto FDM nel 1989.
La tecnologia FDM era popolare solo tra gli utenti non commerciali, come gli accademici dell'Università di Bath, interessati principalmente alla creazione di dispositivi autoreplicanti. Il brevetto FDM, tuttavia, è scaduto nel 2009 e le persone che hanno aperto la strada a questa tecnologia hanno fondato MakerBot Industries per commercializzare il 3D stampanti.
Come funziona la stampa 3D FDM?
An FDM La stampante 3D crea oggetti depositando materiali filamentosi fusi su una piattaforma di costruzione strato dopo strato fino a ottenere una parte completa. Utilizzano i file di progettazione digitale caricati sulla macchina per ottenere le dimensioni fisiche. Queste stampanti utilizzano polimeri come PLA, ABS, PEI e PETG, che vengono trasferiti come fili attraverso un ugello riscaldato.
Una bobina di filamento termoplastico viene caricata nella stampante per avviare la stampante. Una volta che l'ugello raggiunge la temperatura desiderata, il filamento passa attraverso una testa di estrusione e un ugello.
Questa testa di estrusione è collegata a un sistema a tre assi e può muoversi lungo gli assi X, Y e Z. La macchina quindi estrude il materiale fuso in supporti sottili, depositati strato dopo strato secondo il disegno prestabilito. Alla fine, il materiale si raffredda e si solidifica.
Sono necessari diversi passaggi per completare un progetto. La piattaforma di costruzione scende e la stampante inizia a lavorare sul livello successivo dopo aver terminato il livello precedente. In alcune macchine la testa di estrusione si muove su e giù fino al completamento del pezzo.
Quali sono le caratteristiche della stampa 3D FDM?
Sebbene FDM 3D stampanti differiscono in termini di qualità delle parti e dei relativi sistemi di estrusione a seconda della marca e del modello, alcune caratteristiche sono coerenti in tutte le stampanti FDM.
1. Costruisci velocità e temperatura
Quasi tutti i sistemi FDM consentono agli utenti di modificare la temperatura, la velocità di costruzione, la velocità della ventola di raffreddamento e l'altezza dello strato secondo necessità. Questi sono in genere determinati dal fornitore di servizi di stampa e variano a seconda del materiale.
2. Aumenta il volume
Il volume di costruzione si riferisce alla dimensione della parte che la stampante può creare. Una stampante 3D fai-da-te ha in genere un volume di costruzione di 200 x 200 mm, mentre una macchina industriale può avere un volume di costruzione di 1000 x 1000 x 1000 mm. Gli utenti devono considerare il volume di costruzione della stampante e il design proposto prima di effettuare un acquisto. Tuttavia, i modelli di grandi dimensioni possono essere stampati anche in blocchi più piccoli.
3. Adesione a strati
Nella stampa FDM, è essenziale una stretta adesione tra gli strati depositati di una parte. Lo strato precedentemente stampato viene fuso con materiale termoplastico fuso che la stampante estrude attraverso l'ugello. Questo strato si rifonde ad alta pressione e temperatura, permettendogli di legarsi allo strato precedente.
Inoltre, la forma del materiale fuso cambia in un ovale mentre preme contro lo strato precedentemente stampato. Indipendentemente dall'altezza dello strato utilizzata, le parti FDM hanno sempre una superficie ondulata e piccole caratteristiche come filettature o piccoli fori potrebbero richiedere una post-elaborazione.
4. Altezza dello strato
In una macchina FDM, l'altezza dello strato può essere compresa tra 0.02 mm e 0.4 mm. Vengono prodotte parti più lisce e le geometrie curve vengono acquisite con precisione con altezze di strato inferiori. D'altra parte, la stampa di parti con un'altezza dello strato superiore è più rapida e meno costosa. Un'altezza dello strato di 0.2 mm è in genere un buon equilibrio tra tempo, costo e qualità.
5. Spessore di riempimento e guscio
Le stampanti FDM in genere non producono parti solide per accelerare i tempi di stampa e sprecare materiali. Invece, la stampante traccia più volte il perimetro esterno del guscio prima di riempire l'interno, noto come riempimento, con una struttura interna a bassa densità.
La resistenza delle parti stampate è determinata dal riempimento e dallo spessore del guscio. La maggior parte delle stampanti FDM desktop ha una densità di riempimento predefinita del 20% e uno spessore del guscio di 1 mm. Ciò si traduce in un perfetto equilibrio tra forza e velocità per stampe rapide.
6. Deformazione
La deformazione è uno dei difetti FDM più diffusi: quando i materiali estrusi si solidificano, si restringono di dimensioni. Inoltre, diverse sezioni della parte stampata si raffreddano a velocità diverse e anche le loro dimensioni cambiano a velocità diverse. A causa dell'accumulo di stress interno causato da questo raffreddamento differenziale, lo strato sottostante si sposta verso l'alto e si deforma.
Esistono, tuttavia, vari metodi per prevenire la deformazione. Un approccio consiste nel monitorare attentamente la temperatura del sistema, in particolare la piattaforma di costruzione e la camera. Il secondo passaggio consiste nel migliorare l'adesione tra la piattaforma di stampa e la parte.
Vantaggi e svantaggi del metodo di stampa 3D FDM
Vantaggi
Prestazione
- A differenza di altri metodi come le stampanti 3D in resina, FDM stampanti può essere facilmente ridimensionato a qualsiasi dimensione, con l'unica restrizione rappresentata dal movimento di ciascun gantry.
- Per quanto riguarda i materiali di stampa, i filamenti FDM sono convenienti, soprattutto rispetto ai materiali richiesti per altri metodi, come la stampa SLS e la resina.
- Rispetto ai loro concorrenti, le stampanti FDM sono più flessibili. Con pochi miglioramenti e modifiche, possono stampare una vasta gamma di materiali termoplastici, cosa non possibile con altri metodi in cui il materiale deve essere resina o polvere fine.
Qualità di stampa
- La stampante FDM è flessibile e può ospitare diversi materiali FDM. Può creare parti con proprietà e aspetti diversi semplicemente cambiando il tipo di filamento.
- La qualità di stampa si riferisce non solo all'aspetto ma anche alle sue prestazioni meccaniche. Rispetto alle fragili stampe 3D in resina, FDM produce parti solide e durevoli.
- Le stampanti FDM sono anche versatili in quanto la qualità di stampa può essere sacrificata per velocità e destrezza, rendendole uno strumento ideale per creare parti sia esteticamente gradevoli che funzionali.
Svantaggi
- La stampa 3D FDM è più adatta per la produzione di parti di piccole dimensioni, ma è probabile che i prodotti finiti abbiano superfici ruvide e necessitino di post-elaborazione per avere una finitura più liscia.
- Poiché le stampanti FDM posizionano i filamenti strato per strato, sono soggetti a rotture, rendendo le stampe anisotropiche.
- La stampa FDM richiede l'uso di strutture di supporto, che possono aumentare i costi.
Applicazioni della stampa 3D FDM
Modellazione architettonica: le stampanti 3D sono ampiamente utilizzate per creare modelli architettonici perché sono più veloci e relativamente più economiche dei metodi convenzionali. Un rotolo di filamento può produrre da tre a quattro modelli, risparmiando sui costi.
Produzione automobilistica: La stampa 3D è comunemente usata per progettare la struttura interna dell'auto. Gli utenti possono creare misurazioni precise per la produzione automobilistica utilizzando il software 3D.
Modelli chirurgici: il FDM La tecnologia 3D ha consentito ai medici di pianificare meglio gli interventi chirurgici fornendo loro organi che sono una replica del paziente. Hanno una struttura precisa, possono essere realizzati solidi o cavi e possono essere stampati in poche ore.
