Põhjalik juhend FDM 3D trükkimine
Selgitatud põhimõtted, materjalid, eelised ja rakendused
FDM 3D-trükk ei ole enam nišš - see muudab, kuidas me projekteerime, tootame ja loome. Tänapäeva 3D-trükitehnoloogiate hulgas eristub FDM (Fused Deposition Modeling) oma taskukohase, lihtsuse ja laia materjaliühilduvuse poolest. See jääb parimaks valikuks õpetajatele, tootjatele ja kodukasutajatele.
Kui suure täpsusega meetodid nagu SLA ja DLP kasvavad, tekib küsimus: mis annab FDM 3D-trükkimisele oma serva? Selles juhendis uurime, mida FDM tähendab, kuidas see töötab, materjale, mida see kasutab, ja FDM 3D-trükkimise eeliseid, pluss kuhu see edasi suundub.
FDM 3D trükkimise tööpõhimõte
Põhipõhimõte
FDM, lühend Fused Deposition Modeling, on üks kõige levinumaid ja kasutajasõbralikke 3D-trükitehnoloogiaid, mis on tänapäeval kättesaadavad. Selle põhiprintsiip hõlmab termoplastiliste materjalide (nagu PLA, ABS) soojendamist sulamispunktini, kasutades 3D-printeris soojendatud pihusti, seejärel sulatud materjali täpselt pihusti kaudu kihti kihti ehitusplatvormile vastavalt eelmääratud teele. Iga kiht jahutab ja kõveneb kiiresti pärast ekstrudeerimist, sidudes kindlalt selle all olevale kihile.
Kiire 15 sekundi ülevaade FDM trükiprotsessist
FDM 3D-trükiprotsess
Modelleerimine
Esiteks tuleb luua digitaalne mudel 3D modelleerimise tarkvara abil (nt Tinkercad, Fusion 360, Blender jne). Seda mudelit saab ise kujundada või internetist STL-failina alla laadida. Mida üksikasjalikum mudel on, seda lähemal on trükitud tulemus ideaalsele valmis tootele.
Viilamine
Valmis 3D mudel imporditakse viilutarkvara (nagu Cura, PrusaSlicer), mis "viilab" 3D mudeli õhukesteks kihtedeks ja genereerib vastava G-koodi. G-kood on juhiste komplekt, mis ütleb printerile, kuidas liikuda printimispead, kontrollida temperatuuri ja hallata iga kihi materjali ekstrudeerimiskiirust.
Trükkimine
Pärast viilude lõikamist kantakse G-koodi fail 3D-printerile (USB-draivi või võrguühenduse kaudu) ja printer alustab oma tööd. Soojendatud pihusti sulatab termoplastilise materjali, mis seejärel täpselt ekstrudeeritakse printimispea läbi kihi teede, virnastades kihi kihi, et moodustada lõplik, täielik objekt.
Järgtöötlemine
Kui trükkimine on lõppenud, on tavaliselt vaja mõnda järeltöötlemist. Näiteks trükkimise ajal kasutatud tugikonstruktsioonide eemaldamine, karmade pindade lihvimine, et parandada üldist siledust ja esteetikat. Spetsiifiliste nõuetega osade puhul võib välimuse või funktsionaalsuse parandamiseks kasutada täiendavaid töötlemisi, nagu värvimine, liimimine või poleerimine.
Virtuaalsest reaalsuseni on see FDM protsess loogiline, sellel on madal sisenemisbarjeer, seda on lihtne õppida ja see sobib väga algajatele, õpilastele ja tootjatele 3D-trükkimise maailma sisenemiseks.
FDM 3D-trükkimise ühised materjalid
FDM laialdane populaarsus on suuresti tingitud selle rikkalikust tarbimismaterjalide, madalate kulude ja tugeva kohanemisvõime tõttu. Vaatame mõningaid turul levinud tüüpe:
| Materjal | Omadused ja tüüpilised rakendused |
|---|---|
|
PLA (polüpiimahape)
|
PLA, mis on saadud taastuvatest materjalidest nagu mais ja suhkruroo, on ohutu, keskkonnasõbralik ja väljutab trükkimise ajal vähe või mitte ühtegi lõhna. Selle madal moonutamiskalduvus tagab töölaua 3D-printeritel usaldusväärse jõudluse. Tänu oma mõõdukale soojuskindlusele ja mehaanilisele tugevusele on PLA ideaalne madala stressiga rakendusteks, nagu haridusmudelid, ekraanid, dekoratiivsed esemed ja kodumajapidamise tarvikud. Seda kasutatakse laialdaselt DIY-kujutiste, anime-kollektsioonide, kohandatud lampivarjude ja isikupärastatud telefoni seisukohtade jaoks. |
|
ABS (akrülonitriilbutadieenstüreen)
|
Kõrge tugevus, löökkindel, sobib tööstuslike prototüüpide ja funktsionaalsete osade jaoks. Kuid see väljutab trükkimise ajal lõhna ja on kalduv deformeerimisele, mis nõuab suletud kambrit ja soojendatud voodit. |
|
TPU (termoplastiline polüuretaan)
|
Tal on hea paindlikkus ja elastsus, mis sobib paindlike rakenduste trükkimiseks, nagu jalatside talvad ja löögimestmise padjad. Sellel on kõrgemad nõuded trükkimiskiirusele ja voodi adhesioonile. |
|
PETG (polüetüleentereftalaatglükool)
|
Ühendab PLA lihtsuse trükkimise ABS tugevusega, pakub hea veekindlust ja keemilist korrosioonikindlust, mida kasutatakse sageli toiduainete mahutites või välisseadmetes. |
|
Composite Filaments (nt segatud puidupulbri, süsinikkiu, metallosakestega)
|
Näiteks süsinikkiuduga tugevdatud PLA, puidust sarnased filamendid, metalliga täidetud materjalid jne, mis annavad trükitud osadele parandatud mehaanilised omadused või dekoratiivsed efektid. Mõned ettevõtted kasutavad juba süsinikkiust PLA-d droonide osade ja robotite keste jaoks. Need materjalid põhjustavad trükkimise ajal märkimisväärset pihusti kulumist; soovitatakse kasutada karmistatud terasest pihusti. |
Värvivaliku juhend
Värvivaliku osas näitavad FDM-trükkimise tarbimismateriaalid ka rikkalikku mitmekesisust. Nende hulgas pakuvad PLA-filamendid kõige ulatuslikumat värvivahemikku, alates põhipunasest, kollasest, sinisest ja rohelisest kuni jahedate gradiendivärvide, fluorestseeriva, pimeduses särava ja muude eriefektideni, mis rahuldavad peaaegu kõiki teie kujutlusvõimelisi loomingulisi vajadusi. ABS-il ja PETG-il on ka palju värvivallikuid ja neid kasutatakse sageli stsenaariumides, mis nõuavad teatavat tugevust või ilmastikukindlikkust. Kuigi TPU-l on suhteliselt vähem valikuid, on põhiline värvitrukimine endiselt võimalik. Mis puutub komposiitmaterjalidele nagu puit, süsinikkiu ja metall, siis eristuvad nad peamiselt oma materjali tekstuuri poolest, suhteliselt fikseeritud värvidega, nagu puit, süsinikmuna ja metalliline hall, mida kasutatakse peamiselt konkreetse välimuse või mehaaniliste omaduste saavutamiseks.
Professionaalse kohandatud 3D-trükiteenuse pakkujana pakume erinevaid trükitehnoloogiaid, nagu FDM, SLA, LCD ja SLM, et rahuldada mitmesuguseid vajadusi prototüüpide disainist väikeste partiide tootmiseni. Kas olete haridusasutus, tootja meeskond või ettevõtte klient, saame pakkuda kohandatud 3D-trüki lahendusi. Rohkem teada saamiseks külastage meie 3D-trükiteenus Platvorm.
FDM 3D-trükkimise seaded ja parameetrid
FDM-printeri parima jõudluse saamiseks ei piisa headest masinatest ja materjalidest; parameetrite seaded on tõeline "hing". Mitme põhiparameetri reguleerimine määrab otseselt trükitud osade täpsuse, tugevuse ja esteetika:
Sulatamise temperatuur
Erinevad materjalid nõuavad konkreetseid temperatuure (nt PLA 190-220 ° C, ABS 230-250 ° C). Liiga madal temperatuur võib põhjustada halva kihi adhesiooni, samas kui liiga kõrge temperatuur võib põhjustada stringing või pihusti ummistumist.
Kihi kõrgus ja pihusti läbimõõt
Kihi kõrgus 0,1-0,3 mm 0,4 mm pihustiga on tavaline konfiguratsioon. Kui soovitakse kõrget detaili, saab valida 0,2 mm kihi kõrgus + 0,2 mm pihusti, kuid trükkimise aeg suureneb oluliselt, mis sobib peenete mudelite või näitajate jaoks.
Täitmise tihedus ja tugikonstruktsioonid
Täitmise tihedus (10%-100%) määrab osa tugevuse ja kaalu; tööstusliku kvaliteediga funktsionaalsed osad kasutavad sageli 50% mede täitmist. Tugistruktuurid peavad olema intelligentselt loodud, lähtudes kõrvalekaldunurgadest (> 45°), et vältida pinna kahjustamist eemaldamise ajal.
3D-trükkimine FDM vs SLA
3D-trükitehnoloogiate aruteludes võrreldakse FDM-d peaaegu alati SLA-ga (stereolitograafia). Põhjus on lihtne - need kaks esindavad kõige tavalisemaid, kuid tehnoloogiliselt eristuvaid trükilahendusi. FDM on tuntud oma madala hinna ja mitmekülgsuse poolest, samas kui SLA on kõrge täpsuse ja detailide poolest. Võrdlus nende kahe vahel on saanud üheks kõige kriitilisemaks hinnangukriteeriumiks kasutajatele 3D-trükiseadmete valimisel.
Tehnoloogia võrdlus
| Võrdlusaspekt | FDM (sulatud depositsiooni modelleerimine) | SLA (stereolitograafia) |
|---|---|---|
| Trüki täpsus |
Keskmine kihi kõrgus 0,1–0,3 mm, pinnal nähtavad kihi jooned
|
Kõrge, kuni 0,025mm, sile pind
|
| Trükkimiskiirus |
Kiirem, sobib prototüüpide arendamiseks ja keskmise kuni suure osade jaoks
|
Suhteliselt aeglasem, sobib väikestele täpsetele trükkidele
|
| Materjali tüübid |
PLA, ABS, TPU, PETG, komposiitfilamendid jne.
|
Valgutundlikud vaigud, suhteliselt vähem tüüpi
|
| Trükkimise kulud |
Nii seadmete kui ka tarbimisvara kulud on madalad, väga madal sisenemisbarjeer
|
Seadmete ja tarbimisvarade hinnad on kõrged, ka järeltöötlemiskulud on kõrged
|
| Operatiivsed raskused |
Lihtne ja lihtne kasutada, sobib algajatele
|
Vajadab puhastamist ja kõvadamist, keerulisemat tööd
|
| Ehita maht |
Suur ehitusmaht, sobiv konstruktsiooniosade valmistamiseks
|
Väike ehitusmaht, sobiv täpsusmudele (tööstusliku klassi masinad on suuremad ehitusmaht ja saavad toetada partiitrükkimist, kuid suurema hinnaga)
|
| Kohaldatavad stsenaariumid |
Haridus, tootjad, kodukasutus, inseneri prototüübid, funktsionaalsed osad
|
Meditsiinilised, ehted, tööstuslikud täpsusevormid, näidised
|
Seega, kuigi SLA 3D-trükk toimib paremini täpsuse ja pinnakvaliteedi poolest, on FDM-l ulatuslikumad eelised kulude, materjalide ühilduvuse, töömugavuse ja ehitusmahu poolest, mistõttu see sobib eriti igapäevaste funktsionaalsete osade tootmiseks ning hariduslikeks ja loomingulisteks rakendusteks.
FDM 3D-trükkimise peamised eelised
Väga kõrge kulutõhusus
FDM on oluliselt madalam kui SLA, mistõttu see sobib eriti individuaalsetele kasutajatele, haridusasutustele ja väikestele ja keskmise suurusega ettevõtetele, kelle eelarved on piiratud. Näiteks on 1kg PLA spool väga taskukohase hinnaga, samas kui valgustundlik vaik on ühiku kohta oluliselt kallim.
Rikas materjali mitmekesisus, lai rakendused
FDM toetab erinevaid termoplastilisi materjale, sealhulgas jäike, paindlikke ja komposiitmaterjale, mida saab kasutada struktuuriliste osade, jigide, kinnitusseadmete, loominguliste kujutiste, majapidamisosade jne trükkimiseks, pakkudes praktilisust kaugelt kaugemale SLA-st.
Kasutajasõbralik kasutamine, lihtne hooldus
Vahu käitlemine, tugevad lõhnad, selged töömenetlused; Isegi algajad saavad kiiresti alustada, mistõttu on see mugav kasutada koolides, kontorites või kodukeskkondades.
Sobib suurte ja partiide trükkimiseks
FDM-masinad toetavad suuremaid ehituskoguseid, mis sobivad keskmise kuni suure osa trükkimiseks. Koos mitmepealise trükkimise, kiire viilutamise ja partiitrükkimise võimalustega saab tõhusalt suurendada tootmise tõhusust.
FDM 3D-trükkimise tehnilised läbimurred ja arengusuundumused
Ärge arvake, et FDM on ainult väikeste trikkide valmistamiseks. Materjaliteaduse, seadmete täpsuse ja intelligentsuse taseme edusammudega murrab FDM 3D-trükitehnoloogia pidevalt oma piiranguid ja tungib professionaalsematesse ja tipptasemel rakendusvaldkondadesse.
Aerospace
Airbus kasutab ULTEM™ 9085 materjali koos FDM tehnoloogiaga A350 XWB õhusõidukite lennukomponentide printimiseks. Sellel materjalil on kõrge tugevuse ja kaalu suhe ning leegikindlad omadused, vähendades oluliselt tootmiskulusid ja tootmisaega.
Meditsiiniline valdkond
Polyether Ether Ketone (PEEK) materjali kasutatakse suurepärase bioühilduvuse ja mehaaniliste omaduste tõttu 3D-printimiseks kohandatud kraanialimplantaatide ja ortopeediliste vahendite jaoks, mis vastavad isikupärastatud meditsiinilistele vajadustele.
Arukas tootmine
FDM-trükkimine saavutab järk-järgult automatiseerimist ja intelligentsust. Integreerides tehisintellekti algoritmid ja reaalajas jälgimissüsteemid, on võimalik avastada ja parandada trükiprotsessi ajal defekte, parandades trükikvaliteeti ja tõhusust.
Lisaks kiireneb tööstusliku taseme FDM-seadmete arendamine, kuna suured 3D-printerid suudavad ehitada mahtu üle 1 kuupmeetri, mis võimaldab printida suuri keerulisi osi, et rahuldada selliste tööstusharude vajadusi nagu autotööstus ja ehitus.
Kuigi FDM-l on populaarsuse eelis, piiravad selle puudused, nagu madal kihtidevaheline tugevus ja halb temperatuurivastupidavus, endiselt kõrgkvaliteedilisi rakendusi. Näiteks on FDM-nailoniosade tõmbetugevus ainult umbes 80% süstevormitud osadest ja nende pikaajaline kasutustemperatuur ei ületa 100 °C. Tulevikus tuleb ületada jõudluse kitsased materjali muutmise (nt nanotäite tugevdamine) ja protsessi optimeerimise (nt ultrahelikeevitus) kaudu.
FDM tehnoloogia põhiväärtus seisneb innovatsiooni soodsa hinnaga võimaldamises. Kas see on õpilased, kes loovad lõpetamisprojekte või käivitused, mis valideerivad tooteprototüüpe, pakub FDM "projekteerimise ja nõudmise järgi ehitamise" võimet. Vahepeal viib selle tehnoloogiline täiendavus SLA-ga (nt FDM funktsionaalsete osade jaoks + SLA ekraanide jaoks) 3D-trükkimist "hübriidtootmise" ajastu. Nagu tööstuse eksperdid ennustavad, näeb FDM-tehnoloogia laiemaid rakendusi kohandatud massitootmises ja see termoplastidest kootud tootmisrevolutsioon ei ole kaugel lõppemast.