Interessado em aprender sobre os fundamentos da impressão 3D FDM? Este artigo explora os princípios subjacentes da tecnologia FDM e explica por que ela é uma opção viável e econômica para prototipagem rápida. Continue lendo para obter informações sobre a mais recente tecnologia de impressão tridimensional para tomar uma decisão informada ao analisar as opções de impressão 3D.
Conteúdo
O crescente mercado de impressão 3D FDM
Uma compreensão abrangente da tecnologia de impressão 3D FDM
Vantagens e desvantagens do método de impressão 3D FDM
Aplicações da impressão 3D FDM
O crescente mercado de impressão 3D FDM
O mercado global de impressão 3D valia US$13.84 bilhões em 2021 e está projetado para crescer a uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 20.8% entre 2020 e 2030. O mercado cresceu devido ao investimento significativo em P&D em impressão 3D e à crescente demanda por aplicações de prototipagem nos setores automotivo, de saúde, e indústrias de defesa.
A impressão 3D FDM cresceu em popularidade nos últimos anos devido ao seu alto desempenho a um custo menor, economizando até 50% nas empresas em seu processo de ferramental. Outros benefícios incluem prototipagem rápida, impressão sob demanda, flexibilidade de design, desperdício mínimo e assim por diante.
Continue lendo para aprender sobre os fundamentos da FDM Tecnologia 3D, suas características e vantagens sobre outros métodos de impressão.
Uma compreensão abrangente da tecnologia de impressão 3D FDM
O que é a tecnologia FDM para impressão 3D?
A modelagem de deposição fundida (FDM) é uma técnica de manufatura aditiva que envolve a extrusão de materiais através de um bocal e sua fusão para produzir objetos tridimensionais. Comparado à impressão 3D de concreto e alimentos, o processo FDM padrão difere de outras técnicas de extrusão de materiais. Utiliza termoplásticos como matérias-primas, geralmente na forma de filamentos ou pellets.
Normalmente, um FDM 3D impressora derrete materiais empurrando filamento à base de polímero através de um bocal aquecido; os materiais são então depositados na plataforma de construção em camadas 2D. Essas camadas eventualmente se fundem para formar peças 3D.
No geral, uma impressora FDM é o caminho mais rápido para impressão 3D e é acessível e eficiente. Essas impressoras dominam o mercado de impressão 3D porque são mais fáceis de usar do que as impressoras 3D de resina e mais baratas do que as equivalentes à base de pó, como a SLS.
Quando foi introduzida a tecnologia FDM?
Embora o FDM seja atualmente a técnica de impressão 3D mais utilizada, não foi a primeira técnica 3D a ser criada. Alguns anos depois que as patentes para estereolitografia (SLA) e sinterização seletiva a laser (SLS) foram registradas, Scott Crump apresentou a primeira patente FDM em 1989.
A tecnologia FDM era popular apenas entre usuários não comerciais, como acadêmicos da Universidade de Bath, que estavam interessados principalmente em criar dispositivos autorreplicantes. A patente FDM, no entanto, expirou em 2009, e os indivíduos que foram pioneiros nessa tecnologia fundaram a MakerBot Industries para comercializar 3D impressoras.
Como funciona a impressão 3D FDM?
An FDM A impressora 3D cria objetos depositando materiais de filamentos derretidos sobre uma plataforma de construção, camada por camada, até que você tenha uma peça completa. Eles utilizam os arquivos de design digital carregados na máquina para obter as dimensões físicas. Essas impressoras usam polímeros como PLA, ABS, PEI e PETG, que são transferidos como fios através de um bocal aquecido.
Um carretel de filamento termoplástico é carregado na impressora para iniciar a impressora. Uma vez que o bocal atinge a temperatura desejada, o filamento passa por um cabeçote de extrusão e bocal.
Esta cabeça de extrusão está ligada a um sistema de três eixos e pode mover-se ao longo dos eixos X, Y e Z. A máquina então extruda o material fundido em suportes finos, depositados camada por camada no projeto predeterminado. Eventualmente, o material esfria e solidifica.
São necessárias várias passagens para concluir um projeto. A plataforma de construção desce e a impressora começa a trabalhar na próxima camada após terminar a camada anterior. Em algumas máquinas, o cabeçote de extrusão se move para cima e para baixo até que a peça esteja completa.
Quais são os recursos da impressão 3D FDM?
Embora o FDM 3D impressoras diferem em termos de qualidade da peça e seus sistemas de extrusão, dependendo da marca e do modelo, algumas características são consistentes em todas as impressoras FDM.
1. Crie velocidade e temperatura
Quase todos os sistemas FDM permitem que os usuários alterem a temperatura, a velocidade de construção, a velocidade do ventilador de resfriamento e a altura da camada conforme necessário. Normalmente, eles são determinados pelo provedor de serviços de impressão e variam de acordo com o material.
2. Aumente o volume
O volume de construção refere-se ao tamanho da peça que a impressora pode criar. Uma impressora DIY 3D normalmente tem um volume de construção de 200 x 200 mm, enquanto uma máquina industrial pode ter um volume de construção de 1000 x 1000 x 1000 mm. Os usuários devem considerar o volume de construção da impressora e seu projeto proposto antes de fazer uma compra. Modelos grandes podem, no entanto, também ser impressos em pedaços menores.
3. Adesão de camada
Na impressão FDM, é essencial uma forte adesão entre as camadas depositadas de uma peça. A camada previamente impressa é fundida com termoplástico fundido que a impressora extrude através do bocal. Esta camada funde-se novamente sob alta pressão e temperatura, permitindo que ela se ligue à camada anterior.
Além disso, a forma do material fundido muda para oval à medida que pressiona contra a camada impressa anteriormente. Não importa a altura da camada usada, as peças FDM sempre têm uma superfície ondulada e pequenos recursos como roscas ou pequenos orifícios podem precisar de pós-processamento.
4. Altura da camada
Em uma máquina FDM, a altura da camada pode estar entre 0.02 mm e 0.4 mm. Peças mais suaves são produzidas e geometrias curvas são capturadas com precisão com alturas de camada mais baixas. Por outro lado, imprimir peças com maior altura de camada é mais rápido e menos dispendioso. Uma altura de camada de 0.2 mm é normalmente um bom equilíbrio entre tempo, custo e qualidade.
5. Espessura de preenchimento e casca
As impressoras FDM normalmente não produzem peças sólidas para acelerar o tempo de impressão e desperdiçar materiais. Em vez disso, a impressora traça o perímetro externo da casca várias vezes antes de preencher o interior, conhecido como preenchimento, com uma estrutura interna de baixa densidade.
A resistência das peças impressas é determinada pelo preenchimento e pela espessura do invólucro. A maioria das impressoras FDM de mesa tem uma densidade de preenchimento padrão de 20% e uma espessura de revestimento de 1 mm. Isso resulta em um equilíbrio perfeito entre força e velocidade para impressões rápidas.
6. Empenamento
O empenamento é uma das falhas FDM mais prevalentes - quando os materiais extrudados solidificam, eles encolhem de tamanho. Além disso, diferentes seções da peça impressa resfriam em taxas variadas e suas dimensões também mudam em velocidades diferentes. Devido ao acúmulo de tensão interna causado por esse resfriamento diferencial, a camada subjacente se move para cima e se deforma.
Existem, no entanto, vários métodos para prevenir o empenamento. Uma abordagem é monitorar de perto a temperatura do sistema, particularmente a plataforma de construção e a câmara. O segundo passo é melhorar a adesão entre a plataforma de construção e a peça.
Vantagens e desvantagens do método de impressão 3D FDM
Vantagens
Performance
- Ao contrário de outros métodos, como impressoras 3D de resina, FDM impressoras pode ser dimensionado facilmente para qualquer tamanho, com a única restrição sendo o movimento de cada pórtico.
- Em relação aos materiais de impressão, os filamentos FDM são acessíveis, principalmente em comparação com os materiais necessários para outros métodos, como SLS e impressão em resina.
- Em comparação com seus rivais, as impressoras FDM são mais flexíveis. Com apenas algumas melhorias e modificações, eles podem imprimir uma ampla gama de materiais termoplásticos, o que não é possível com outros métodos em que o material deve ser resina ou um pó fino.
Qualidade de impressão
- A impressora FDM é flexível e pode acomodar diferentes materiais FDM. Ele pode criar peças com propriedades e aparências variadas simplesmente alterando o tipo de filamento.
- A qualidade de impressão refere-se não apenas à aparência, mas também ao seu desempenho mecânico. Em comparação com as impressões 3D de resina frágil, o FDM produz peças sólidas e duráveis.
- As impressoras FDM também são versáteis, pois a qualidade de impressão pode ser sacrificada em prol da velocidade e da destreza, tornando-as uma ferramenta ideal para criar peças funcionais e esteticamente agradáveis.
Desvantagens
- A impressão 3D FDM é mais adequada para a produção de peças de pequeno porte, mas é provável que os produtos acabados tenham superfícies ásperas e precisem de pós-processamento para obter um acabamento mais suave.
- Como as impressoras FDM colocam os filamentos camada por camada, eles são propensos a quebrar, fazendo com que as impressões fiquem anisotrópicas.
- A impressão FDM requer o uso de estruturas de suporte, o que pode elevar os custos.
Aplicações da impressão 3D FDM
modelagem arquitetônica: As impressoras 3D são amplamente utilizadas para criar modelos arquitetônicos porque são mais rápidas e relativamente mais baratas que os métodos convencionais. Um rolo de filamento pode produzir de três a quatro modelos, economizando custos.
Fabricação automotiva: a impressão 3D é comumente usada para projetar a estrutura interna do carro. Os usuários podem criar medições precisas para a fabricação de automóveis usando software 3D.
modelos cirúrgicos: FDM A tecnologia 3D permitiu aos médicos planejar melhor as cirurgias, fornecendo-lhes órgãos que são uma réplica do paciente. Eles têm uma estrutura precisa, podem ser sólidos ou ocos e podem ser impressos em horas.
