Хотите узнать об основах 3D-печати FDM? В этой статье рассматриваются основные принципы технологии FDM и объясняется, почему это жизнеспособный и экономически выгодный вариант для быстрого прототипирования. Продолжайте читать, чтобы получить представление о новейших технологиях 3D-печати, чтобы принять обоснованное решение при рассмотрении вариантов 3D-печати.
Содержание
Растущий рынок 3D-печати FDM
Всестороннее понимание технологии 3D-печати FDM
Преимущества и недостатки метода 3D-печати FDM
Применение 3D-печати FDM
Растущий рынок 3D-печати FDM
Мировой рынок 3D-печати стоил долларов США.13.84 миллиардов в 2021 году, и, по прогнозам, совокупный годовой темп роста (CAGR) в период с 20.8 по 2020 год будет расти на 2030%. Рынок вырос благодаря значительным инвестициям в исследования и разработки в области 3D-печати и растущему спросу на приложения для прототипирования в и оборонной промышленности.
В последние годы популярность 3D-печати FDM возросла благодаря ее высокой производительности при меньших затратах, что позволяет компаниям экономить до 50% на их инструментальном процессе. Другие преимущества включают быстрое создание прототипов, печать по запросу, гибкость дизайна, минимальные отходы и т. д.
Продолжайте читать, чтобы узнать об основах FDM Технология 3D, ее характеристики и преимущества перед другими методами печати.
Всестороннее понимание технологии 3D-печати FDM
Что такое технология FDM для 3D-печати?
Моделирование методом наплавления (FDM) — это метод аддитивного производства, который включает выдавливание материалов через сопло и их сплавление для создания трехмерных объектов. По сравнению с 3D-печатью бетона и продуктов питания стандартный процесс FDM отличается от других методов экструзии материалов. Он использует термопласты в качестве сырья, обычно в виде нитей или гранул.
Как правило, FDM 3D принтер расплавляет материалы, проталкивая нить на основе полимера через нагретое сопло; затем материалы помещаются на платформу сборки в виде 2D-слоев. Эти слои в конечном итоге сливаются, образуя трехмерные детали.
В целом, FDM-принтер — это самый быстрый способ 3D-печати, доступный и эффективный. Эти принтеры доминируют на рынке 3D-печати, потому что они проще в использовании, чем полимерные 3D-принтеры, и дешевле, чем аналоги на основе порошка, такие как SLS.
Когда была представлена технология FDM?
Хотя FDM в настоящее время является наиболее широко используемой технологией 3D-печати, это была не первая технология 3D-печати. Через несколько лет после того, как были поданы заявки на патенты на стереолитографию (SLA) и селективное лазерное спекание (SLS), Скотт Крамп представил первый патент FDM в 1989 году.
Технология FDM была популярна только среди некоммерческих пользователей, таких как академики из Университета Бата, которых в первую очередь интересовало создание самовоспроизводящихся устройств. Однако срок действия патента FDM истек в 2009 году, и люди, которые первыми применили эту технологию, основали MakerBot Industries для коммерциализации 3D. принтеры.
Как работает 3D-печать FDM?
An FDM 3D-принтер создает объекты, нанося расплавленные материалы на строительную платформу слой за слоем, пока вы не получите готовую деталь. Они используют файлы цифрового дизайна, загруженные на машину, чтобы получить физические размеры. В этих принтерах используются такие полимеры, как PLA, ABS, PEI и PETG, которые переносятся в виде нитей через нагретое сопло.
Катушка термопластичной нити загружается в принтер, чтобы запустить принтер. Как только сопло достигает желаемой температуры, нить проходит через экструзионную головку и сопло.
Эта экструзионная головка связана с трехосевой системой и может перемещаться по осям X, Y и Z. Затем машина выдавливает расплавленный материал в тонкие стойки, которые слой за слоем укладываются в заданную форму. В конце концов, материал остывает и затвердевает.
Для завершения проекта требуется несколько проходов. Платформа сборки опускается, и принтер начинает работать над следующим слоем после завершения предыдущего слоя. В некоторых машинах экструзионная головка перемещается вверх и вниз до тех пор, пока изделие не будет готово.
Каковы особенности 3D-печати FDM?
Хотя FDM 3D принтеры отличаются качеством деталей и их системами экструзии в зависимости от марки и модели, некоторые характеристики одинаковы для каждого FDM-принтера.
1. Скорость сборки и температура
Почти все системы FDM позволяют пользователям изменять температуру, скорость сборки, скорость охлаждающего вентилятора и высоту слоя по мере необходимости. Обычно они определяются поставщиком услуг печати и варьируются в зависимости от материала.
2. Наращивайте объем
Объем сборки относится к размеру детали, которую может создать принтер. Самодельный 3D-принтер обычно имеет рабочий объем 200 x 200 мм, тогда как промышленный принтер может иметь рабочий объем 1000 x 1000 x 1000 мм. Перед покупкой пользователи должны учитывать объем сборки принтера и предлагаемый им дизайн. Однако большие модели также можно печатать небольшими частями.
3. Адгезия слоев
В печати FDM очень важна плотная адгезия между осажденными слоями детали. Ранее напечатанный слой сплавляется с расплавленным термопластиком, который принтер выдавливает через сопло. Этот слой переплавляется под высоким давлением и температурой, что позволяет ему соединиться с предыдущим слоем.
Кроме того, форма расплавленного материала меняется на овальную, когда он прижимается к ранее напечатанному слою. Независимо от того, какая высота слоя используется, детали FDM всегда имеют волнистую поверхность, а небольшие элементы, такие как резьба или небольшие отверстия, могут нуждаться в постобработке.
4. Высота слоя
В машине FDM высота слоя может составлять от 0.02 мм до 0.4 мм. Создаются более гладкие детали, а криволинейные геометрические формы точно фиксируются с меньшей высотой слоя. С другой стороны, печать деталей с большей высотой слоя выполняется быстрее и дешевле. Высота слоя 0.2 мм обычно является хорошим балансом между временем, стоимостью и качеством.
5. Заполнение и толщина оболочки
Принтеры FDM обычно не производят сплошные детали, чтобы сократить время печати и сократить количество отходов. Вместо этого принтер несколько раз обводит внешний периметр оболочки, прежде чем заполнить внутреннюю часть, известную как заполнение, внутренней структурой с низкой плотностью.
Прочность печатных деталей определяется толщиной заполнения и оболочки. Большинство настольных FDM-принтеров имеют плотность заполнения по умолчанию 20% и толщину корпуса 1 мм. Это приводит к идеальному балансу прочности и скорости для быстрой печати.
6. Деформация
Деформация является одним из наиболее распространенных дефектов FDM: когда экструдированные материалы затвердевают, они уменьшаются в размерах. Кроме того, разные участки печатной детали охлаждаются с разной скоростью, и их размеры также изменяются с разной скоростью. Из-за накопления внутреннего напряжения, вызванного этим дифференциальным охлаждением, нижележащий слой перемещается вверх и деформируется.
Однако существуют различные методы предотвращения деформации. Один из подходов заключается в тщательном контроле температуры системы, особенно платформы сборки и камеры. Второй шаг — улучшить сцепление между платформой сборки и деталью.
Преимущества и недостатки метода 3D-печати FDM
Преимущества
Перфоманс
- В отличие от других методов, таких как полимерные 3D-принтеры, FDM принтеры можно легко масштабировать до любого размера, единственным ограничением является перемещение каждого гентри.
- Что касается материалов для печати, нити FDM доступны по цене, особенно по сравнению с материалами, необходимыми для других методов, таких как SLS и печать смолой.
- По сравнению со своими конкурентами принтеры FDM более гибкие. Всего лишь с несколькими улучшениями и модификациями они могут печатать широким спектром термопластичных материалов, что невозможно при использовании других методов, где материал должен быть смолой или мелкодисперсным порошком.
Качество печати
- Принтер FDM является гибким и может работать с различными материалами FDM. Он может создавать детали с различными свойствами и внешним видом, просто меняя тип нити.
- Качество печати относится не только к внешнему виду, но и к механическим характеристикам. По сравнению с хрупкими полимерными 3D-принтами, FDM производит прочные и долговечные детали.
- Принтеры FDM также универсальны в том смысле, что качество печати может быть принесено в жертву скорости и маневренности, что делает их идеальным инструментом для создания как эстетически привлекательных, так и функциональных деталей.
Недостатки бонуса без депозита
- 3D-печать FDM лучше всего подходит для производства небольших деталей, но готовые изделия, скорее всего, будут иметь шероховатую поверхность и нуждаются в постобработке, чтобы получить более гладкую поверхность.
- Поскольку принтеры FDM размещают нити слой за слоем, они склонны к поломке, что приводит к анизотропии отпечатков.
- Печать FDM требует использования опорных конструкций, что может увеличить затраты.
Применение 3D-печати FDM
Архитектурное моделирование: 3D-принтеры широко используются для создания архитектурных моделей, потому что они быстрее и относительно дешевле, чем обычные методы. Из одного рулона нити можно изготовить от трех до четырех моделей, что снижает затраты.
Производство автомобилей: 3D-печать обычно используется для проектирования внутренней конструкции автомобиля. Пользователи могут создавать точные измерения для производства автомобилей с помощью 3D-программного обеспечения.
Хирургические модели: FDM 3D-технология позволила врачам лучше планировать операции, предоставляя им органы, которые являются точными копиями пациента. Они имеют точную структуру, могут быть сплошными или полыми, и их можно распечатать за несколько часов.
