Комплексний посібник для FDM 3D друк
Принципи, матеріали, переваги та застосування пояснені
FDM 3D-друк більше не є нішою - це перетворює те, як ми проектуємо, виробляємо та створюємо. Серед сучасних технологій 3D-друку FDM (Fused Deposition Modeling) виділяється своєю доступністю, простотою використання та широкою сумісністю матеріалів. Це залишається найкращим вибором для педагогів, виробників та домашніх користувачів.
З високоточними методами, такими як SLA та DLP, виникає питання: що дає FDM 3D-друку його перевагу? У цьому посібнику ми вивчимо, що означає FDM, як він працює, матеріали, які він використовує, і переваги FDM 3D-друку, а також, куди він йде далі.
Принцип роботи FDM 3D-друку
Основний принцип
FDM, скорочення від Fused Deposition Modeling, є однією з найбільш поширених і зручних для користувача технологій 3D-друку, доступних сьогодні. Його основний принцип передбачає нагрівання термопластичних матеріалів (наприклад, PLA, ABS) до їх точки плавлення за допомогою нагріваного сопла в 3D-принтері, а потім екструзію розплавленого матеріалу саме через сопло, шар за шаром, на будівельну платформу відповідно до заздалегідь визначеного шляху. Кожен шар швидко охолоджується і втверджується після екструзії, міцно прикріплюючись до шару нижче нього.
Швидкий 15-секундний огляд процесу друку FDM
Процес друку 3D FDM
Моделювання
По-перше, цифрова модель повинна бути створена за допомогою програмного забезпечення для 3D-моделювання (наприклад, Tinkercad, Fusion 360, Blender тощо). Цю модель можна розробити самостійно або завантажити як файл STL з інтернету. Чим більш детальна модель, тим ближчий буде друкований результат до ідеального готового продукту.
розрізання
Завершена 3D-модель імпортується в програмне забезпечення для розрізання (наприклад, Cura, PrusaSlicer), яке "розрізає" 3D-модель на тонкі шари і генерує відповідний G-код. G-код - це набір інструкцій, які кажуть принтеру, як рухати головку друку, контролювати температуру та управляти швидкістю екструзії матеріалу для кожного шару.
Друкування
Після розрізання файл G-коду передається на 3D-принтер (за допомогою USB-накопичувача або мережевого з'єднання), і принтер починає свою роботу. Нагріване сопло розплавляє термопластичний матеріал, який потім точно екструдується через головку друку вздовж шляхів шару, складаючи шар за шаром, щоб утворити кінцевий, повний об'єкт.
Після обробки
Після завершення друку, як правило, необхідна деяка післяобробка. Наприклад, видалення опорних конструкцій, що використовуються під час друку, шлифування грубих поверхнь для поліпшення загальної гладкості та естетики. Для деталей з специфічними вимогами можуть застосовуватися додаткові обробки, такі як фарбування, клеєння або полірування, щоб полірувати зовнішній вигляд або функціональність.
Від віртуальної до реальності цей процес FDM логічний, має низький бар'єр для входу, легко навчитися і дуже підходить для початківців, студентів та виробників, щоб увійти в світ 3D-друку.
Загальні матеріали для FDM 3D-друку
Широка популярність FDM в основному пов'язана з його багатим різноманіттям споживальних матеріалів, низькою вартістю та сильною адаптацією. Розглянемо деякі типи, доступні на ринку:
| Матеріал | Особливості та типові застосування |
|---|---|
|
ПЛА (полімолочна кислота)
|
ПЛА, отримана з відновлюваних матеріалів, таких як кукурудза та цукрова тростина, безпечна, екологічно чиста і викидає мало або ніякого запаху під час друку. Його низька тенденція до викривлення забезпечує надійну продуктивність на настільних 3D-принтерах. Завдяки помірній тепловій стійкості та механічній міцності PLA ідеально підходить для застосувань з низьким напруженням, таких як освітні моделі, дисплеї, декоративні предмети та побутові аксесуари. Він широко використовується для фігурок DIY, колекціонерів аніме, індивідуальних ламп і персоналізованих телефонних стендів. |
|
АБС (акрилонітрил-бутадієнстирол)
|
Висока міцність, стійкість до удару, підходить для промислових прототипів та функціональних деталей. Однак він випромінює запахи під час друку і схильний до викривлення, що вимагає закритої камери та нагріваного ліжка. |
|
ТПУ (термопластичний поліуретан)
|
Володіє хорошою гнучкістю та еластичністю, підходить для друку гнучких застосувань, таких як подошви взуття та амортизаторські подушки. Він має більш високі вимоги до швидкості друку та адгезії ложка. |
|
ПЕТГ (поліетилентерефталатний глікол)
|
Поєднує в собі легкість друку ПЛА з міцністю АБС, пропонує хорошу водостійкість та хімічну корозійну стійкість, часто використовується для контейнерів для харчування або зовнішніх засобів. |
|
Композитні нитки (наприклад, змішані з дерев'яним порошком, вуглецевими волокнами, металевими частинками)
|
Такі як ПЛА з підсиленням вуглецевим волокном, дерев'яні нитки, наповнені металом матеріали тощо, що надає друкованим деталям поліпшені механічні властивості або декоративні ефекти. Деякі компанії вже використовують вуглецеве волокно PLA для деталей дронів та оболонок роботів. Ці матеріали викликають значний знос сопл під час друку; Рекомендується використовувати загартовану сталеву соплу. |
Посібник з вибору кольору
Що стосується вибору кольору, витратні матеріали для друку FDM також демонструють багате різноманіття. Серед них, нитки PLA пропонують найбільш повний кольоровий діапазон, від основних червоних, жовтих, синіх і зелених до прохолодних градієнтних кольорів, флуоресцентних, світячих в темряві та інших спеціальних ефектів, що задовольняють майже всі ваші уявні творчі потреби. ABS і PETG також мають багато варіантів кольору і часто використовуються в сценаріях, які вимагають певної міцності або стійкості до погоди. Хоча TPU має відносно менше варіантів, основний кольоровий друк все ще можливий. Що стосується композитних матеріалів, таких як дерево, вуглецеве волокно та метал, вони в першу чергу виділяються своєю матеріальною текстурою, з відносно фіксованими кольорами, такими як дерево, вуглецевий чорний та металевий сірий, в основному використовуються для досягнення певного зовнішнього вигляду або ме
Як професійний постачальник послуг 3D-друку на замовлення, ми пропонуємо різні технології друку, такі як FDM, SLA, LCD та SLM, для задоволення різних потреб від проектування прототипів до виробництва невеликих партій. Незалежно від того, чи ви навчальний заклад, команда виробників або корпоративний клієнт, ми можемо надати спеціальні рішення для 3D-друку. Щоб дізнатися більше, не соромтеся відвідати нашу Служба 3D друку Платформа.
Параметри та налаштування 3D-друку FDM
Щоб отримати найкращу продуктивність від принтера FDM, хороших машин і матеріалів недостатньо; Параметри налаштування є справжньою "душою". Регулювання декількох основних параметрів безпосередньо визначає точність, міцність та естетику друкованих деталей:
Температура плавлення
Різні матеріали вимагають специфічних температур (наприклад, PLA 190-220 ° C, ABS 230-250 ° C). Занадто низька температура може призвести до поганої адгезії шару, а занадто висока може викликати затримку або забивання сопл.
Висота шару та діаметр сопли
Висота шару 0,1-0,3 мм з соплом 0,4 мм є загальною конфігурацією. Якщо бажана висока детальність, можна вибрати висоту шару 0,2 мм + 0,2 мм сопла, але час друку значно збільшиться, підходить для тонких моделей або дисплейних деталей.
Щільність заповнення та підтримкові структури
Щільність заповнення (10%-100%) визначає міцність та вагу деталі; Функціональні частини промислового класу часто використовують 50% медонового заповнення. Підтримкові конструкції повинні бути розумно створені на основі кутів висадки (> 45 °), щоб уникнути пошкодження поверхні під час видалення.
3D друк FDM проти SLA
У обговореннях про технології 3D-друку FDM майже завжди порівнюється з SLA (стереолітографія). Причина проста - ці два представляють собою найбільш поширені, але технологічно відмінні рішення для друку. FDM відомий своєю низькою вартістю та універсальністю, в той час як SLA відрізняється високою точністю та деталями. Порівняння між ними стало одним з найбільш критичних критеріїв оцінки для користувачів при виборі обладнання для 3D-друку.
Порівняння технологій
| Аспект порівняння | FDM (моделювання плавленого відкладання) | SLA (стереолітографія) |
|---|---|---|
| Точність друку |
Середня висота шару 0,1-0,3 мм, видимі лінії шару на поверхні
|
Високий, до 0,025 мм, гладка поверхня
|
| Швидкість друку |
Швидше, підходить для розробки прототипів та середніх і великих деталей
|
Відносно повільніше, підходить для невеликих високоточних друків
|
| Типи матеріалів |
ПЛА, АБС, ТПУ, ПЕТГ, композитні нитки тощо.
|
Фоточутливі смоли, відносно менше типів
|
| Вартість друку |
Як витрати на обладнання, так і витрати на споживальні матеріали низькі, дуже низький бар'єр для входу
|
Ціни на обладнання та споживальні матеріали високі, витрати на післяобробку також високі
|
| Операційна складність |
Проста і проста в використанні, підходить для початківців
|
Потребує очищення та втвердження, більш складної роботи
|
| Створення обсягу |
Великий обсяг будівництва, підходить для виготовлення конструктивних деталей
|
Малий обсяг побудови, підходить для точних моделей (машини промислового класу мають більші обсяги побудови і можуть підтримувати партійний друк, але за більш високими витратами)
|
| Застосовувані сценарії |
Освіта, виробники, домашнє використання, інженерні прототипи, функціональні деталі
|
Медичні, ювелірні вироби, промислові точні форми, зразки дисплею
|
Таким чином, хоча 3D-друк SLA краще працює з точки зору точності та якості поверхні, FDM має більш всеосяжні переваги з точки зору вартості, сумісності матеріалів, зручності експлуатації та обсягу побудови, що робить його особливо підходящим для виробництва повсякденних функціональних деталей та для освітніх та творчих застосу
Основні переваги FDM 3D-друку
Надзвичайно висока економічна ефективність
Незалежно від того, чи це друкарське обладнання або витрати на споживальні матеріали, FDM значно нижче, ніж SLA, що робить його особливо підходящим для окремих користувачів, навчальних закладів та малих і середніх підприємств з обмеженими бюджетами. Наприклад, катушка PLA 1 кг дуже доступна, в той час як світлочутлива смола значно дорожча за одиницю.
Богата різноманітність матеріалів, широкі застосування
FDM підтримує різні термопластичні матеріали, включаючи жорсткі, гнучкі та композитні матеріали, які можуть бути використані для друку конструктивних деталей, пристроїв, арматур, творчих фігурок, побутових деталей тощо, пропонуючи практичність далеко за межами SLA.
Зручна робота, просте обслуговування
Без обробки смоли, без сильних запахів, чіткі процедури роботи; навіть початківці можуть швидко почати, що робить його зручним для використання в школах, офісах або домашніх умовах.
Підходить для великомасштабного та партійного друку
Машини FDM підтримують більші обсяги побудови, підходять для друку середніх і великих деталей. У поєднанні з багатоголовковим друком, швидким різанням та можливостями партійного друку ефективність виробництва може бути ефективно підвищена.
Технічні прориви та тенденції розвитку 3D-друку FDM
Не думайте, що FDM - це тільки для виготовлення невеликих прикрасок. Завдяки досягненням в галузі матеріалознавства, точності обладнання та рівня інтелекту, технологія 3D-друку FDM постійно прориває свої обмеження та проникає в більш професійні та висококласні області застосування.
аерокосмічних
Airbus використовує матеріал ULTEM ™ 9085 з технологією FDM для друку компонентів польоту для літака A350 XWB. Цей матеріал має високе співвідношення міцності до ваги та вогнетривалі властивості, що значно скорочує виробничі витрати та час виробництва.
Медична область
Матеріал з поліефірного кетону (PEEK), завдяки своїй відмінній біологічній сумісності та механічним властивостям, використовується для 3D-друку індивідуальних імплантатів черепа та ортопедичних інструментів, задоволюючи персоналізовані медичні потреби.
Розумне виробництво
Друк FDM поступово досягає автоматизації та інтелекту. Інтегруючи алгоритми штучного інтелекту та системи моніторингу в режимі реального часу, можна виявити та виправити дефекти під час процесу друку, покращуючи якість та ефективність друку.
Крім того, розробка обладнання FDM промислового класу прискорюється, з великими 3D-принтерами, здатними побудувати об'єми, що перевищують 1 кубічний метр, що дозволяє друкувати великі, складні деталі для задоволення потреб таких галузей промисловості, як автомобільна та будівельна промисловість.
Хоча FDM має перевагу в популярності, його недоліки, такі як низька міжшарова міцність та погана температурна стійкість, все ще обмежують висококласні застосування. Наприклад, міцність на розтяг нейлонових деталей FDM становить лише близько 80% від міцності деталей під вприском, а їх довгострокова температура служби не перевищує 100 ° C. У майбутньому необхідно подолати вузькі місця в продуктивності за допомогою модифікації матеріалу (наприклад, наноповнювальне підсилення) та оптимізації процесу (наприклад, ультразвукове зварювання).
Основна цінність технології FDM полягає в забезпеченні інновацій за низькою вартістю. Незалежно від того, чи це студенти, які створюють проекти випускників, або стартапи, які підтверджують прототипи продукту, FDM пропонує можливість "проектування та побудови на вимогу". Тим часом його технологічна доповнюваність до SLA (наприклад, FDM для функціональних деталей + SLA для дисплейних деталей) приводить 3D-друк до епохи "гібридного виробництва". Як передбачають експерти галузі, технологія FDM побачить більш широке застосування в індивідуальному масовому виробництві, і ця виробнича революція, ткана з термопластики, далека від кінця.