Q2
Коробка Qidi
Что такое 3D -печать FDM?
Зайдите в любой современный механический цех, мастерскую или даже гостиную, и вы наверняка увидите это знаковое зрелище — угловатый корпус 3D-принтера, который слой за слоем непрерывно изготавливает пластиковые детали, словно робот-паук, плетущий геометрические паутины. Однако это кажущееся волшебство носит довольно прозаичное название — моделирование методом послойного наплавления (FDM).
Что такое FDM 3D-печать?
FDM — наиболее распространённая на сегодняшний день форма технологии аддитивного производства. FDM — это доступный и надежный процесс 3D-печати, при котором объекты создаются путем выборочного нанесения расплавленного термопластичного материала слой за слоем по заранее определенным траекториям печати.
Термин происходит от основного принципа работы: исходный материал для изготовления филамента сначала нагревается до полужидкого состояния, затем экструдируется и наносится на поверхность печати, где он быстро затвердевает, склеиваясь с существующими слоями. По мере того, как мелкие гранулы пластика наносятся и склеиваются, в процессе печати изделия обретают форму.
Изобретено более 30 лет назадРанние технологии FDM позволяли создавать прототипы из АБС-пластика в коммерческих сервисах 3D-печати. С тех пор возможности FDM-печати стремительно развивались благодаря развитию точных механизмов экструдеров, разнообразных термопластичных материалов и расширению сфер применения, что привело к снижению стоимости оборудования.
FDM 3D-печать, ставшая фактическим стандартом в аддитивном производстве, предлагает компаниям и потребителям универсальный инструмент цифрового производства, позволяющий быстро переходить от 3D-моделей к созданию физических объектов. От глобальных производственных линий до домашних настольных установок, Репутация FDM как надежного метода продолжает способствовать его повсеместному распространению, поскольку эта технология кардинально меняет подход к производству в XXI веке и далее.
Как работает FDM 3D-печать
Давайте рассмотрим путь от файла до материального продукта через основные этапы FDM 3D-печати.
1. Этап проектирования
Создание каждого объекта, создаваемого на 3D-принтере FDM, начинается с цифрового чертежа. Обычно он создаётся в системе автоматизированного проектирования (САПР), где конструкция тщательно моделируется. После завершения эта цифровая модель сохраняется в файле формата STL или OBJ, который может быть интерпретирован программами для слайсинга.
2. Разбиение модели на части
После завершения этапа проектирования следующий шаг включает использование программное обеспечение для нарезки. Этот мощный инструмент берёт 3D-модель и делит её на сотни или тысячи горизонтальных слоёв. Затем программное обеспечение переводит эти слои в G-код — язык, который задаёт принтеру точные движения, необходимые для послойного воссоздания объекта.
3. Подготовка к печати
После того, как G-код готов, принтер готов к работе. Загружается катушка с термопластиковой нитью, и принтер предварительно нагревает сопло до температуры, подходящей для плавления материала. Эта подготовка обеспечивает плавную подачу пластика во время печати.
4. Процесс печати
Печать начинается с того, что сопло наносит первый слой расплавленного пластика на платформу печати. Двигаясь по заданной G-кодом траектории, сопло формирует форму объекта, добавляя слои по одному. Тем временем платформа печати постепенно опускается после каждого слоя, позволяя добавлять новый материал.
5. Охлаждение и затвердевание
Сразу после выдавливания через нагретое сопло пластик быстро остывает, затвердевая практически при контакте с выходящей деталью или платформой для сборки.Быстрое охлаждение обеспечивает прочное срастание каждого нового слоя с предыдущим, сохраняя целостность и форму проявляющегося объекта.
6. Опорные конструкции
Для объектов со сложной формой часто требуются временные опорные конструкции. Эти опоры поддерживают выступы и стабилизируют сложные геометрические формы во время печати. Они легко снимаются и удаляются в процессе постобработки, оставляя на месте задуманный дизайн.
7. Постобработка
После печати последнего слоя и полного формирования объекта выполняется необходимая постобработка. Она может включать удаление вышеупомянутых опорных конструкций, шлифовку поверхности для уменьшения видимости слоёв, а также, в некоторых случаях, покраску или обработку объекта для улучшения его функциональных свойств или эстетической привлекательности.
Следуя этим этапам, FDM 3D-принтеры Преобразуйте цифровые модели в физические трёхмерные объекты. Это увлекательное сочетание дизайна, технологий и материаловедения делает FDM 3D-печать краеугольным камнем в области быстрого прототипирования и производства.
Ключевые характеристики FDM-печати
Как и любой метод производства, FDM 3D-печать FDM-печать обладает уникальными свойствами, присущими этому процессу. Знание этих основных характеристик помогает определиться с выбором проекта.
- Анизотропная прочность: Слоистая структура адгезии 3D-печати означает, что детали менее прочны при разрыве между слоями, чем при разрыве поперек. Оптимизация ориентации играет ключевую роль.
- Точность выравнивания: Отклонения в производстве от 0,1 до 0,5% при тщательной калибровке позволяют обеспечить высокие допуски и точность сборки. Точность касается всех систем.
- Горизонтальное разрешение: В то время как толщина слоя ограничивает вертикальную точность, разрешение XY зависит от размера сопла экструдера и обычно составляет от 0,2 до 0,8 мм для надежной печати.
Подробное изучение особенностей процесса FDM позволяет полностью использовать его, позволяя создателям концептуально превращать проблемы в возможности.
Основные компоненты FDM-принтера
FDM-печать использует файлы цифровых 3D-моделей, подобно тем, которые экспортируются из программного обеспечения САПР, и физически воплощает их в реальность посредством скоординированного действия всего нескольких высокотехнологичных компонентов:
- Нить накала: Эта намотанная катушка обеспечивает подачу сырья — обычно термопластика толщиной 1,75 мм или 2,85 мм, например, АБС или ПЛА.
- Печатное сопло: Филамент подается в сопло горячего конца, нагреваемое для плавления материала. Диаметр сопла составляет в среднем 0,4 мм, что позволяет выдавливать точные капли жидкого пластика.
- Платформа для печати: Благодаря точному позиционированию сопло наносит расплавленную нить на печатную платформу, создавая формы слой за слоем. Адгезия предотвращает деформацию.
- Портальная система: Двигатели координируют сопло экструдера в пространстве осей X/Y/Z, направляя его по высокоточным траекториям печати.
Повторяя последовательность — расплавление, осаждение, охлаждение и склеивание — FDM-машины создают целые объекты снизу вверх, накапливая двумерные слои вертикально. После завершения слоя платформа опускается, и сопло экструдера наносит следующую дорожку расплавленного пластика непосредственно поверх предыдущей, пока не достигнет заданной высоты.
Перед печатью файлы цифровой модели требуют «нарезки» для преобразования трёхмерной геометрии в числовые траектории инструмента — по сути, в инструкции G-кода. Как и при сканировании хлеба, сотни воображаемых горизонтальных сечений определяют слои печати.
Материалы для FDM 3D-печати: больше, чем расплавленный пластик
В то время как FDM-печать широко используется благодаря своей надежности и результатам в различных приложениях, рост этой технологии частично обусловлен широким спектром функциональные материалы расширяя его возможности далеко за пределы простого создания прототипа.
- Определение термопластов: Материалы для печати, лежащие в основе преимуществ FDM, относятся к классу термопластиков — пластиков, плавящихся при нагревании и рекристаллизующихся в твёрдое состояние при охлаждении. Это обратимое свойство позволяет осуществлять точное нанесение в жидком состоянии.
- Обычные нити: Нити ABS и PLA Лидерами в области филаментов являются латунный наполнитель, ПЭТГ и гибкий ТПЭ для специализированных применений. Дополнительные композиты, такие как смеси древесины и углеродного волокна, расширяют возможности.
- Экзотические и функциональные нити: Электропроводящие нити встраиваются в схемы, напрямую соединяя печатные объекты с источником питания или сигналами. Растворимые же поддерживающие нити улучшают нависающие конструкции, но смываются при необходимости, исчезая, словно призраки, после завершения своей работы.
- Выбор по свойствам: Плотность, адгезия слоев, стойкость к ультрафиолетовому излучению и биоразлагаемость помогают определить идеальные материалы для условий эксплуатации с учетом тепла, воздействия внешней среды или гибкой функции защелкивания, выходящей за рамки визуального прототипирования.
Реальные приложения FDM
Первоначально созданный для удобного прототипирования концепций дизайна продукта, метод FDM оказался настолько надежным, что сегодня FDM-принтеры находят широкое применение в критически важных производственных процессах по всем секторам.
- Быстрое производство: Производители аэрокосмической техники используют промышленные системы FDM для печати точных сборочных приспособлений, на которых фиксируются детали самолётов, проходящие механическую обработку. Благодаря 3D-печати этих специальных инструментов вместо передачи традиционного производства на аутсорсинг, авиационные заводы могут быстро изготавливать оснастку самостоятельно по мере изменения потребностей.
- Образование: Школы и университеты включили настольные FDM 3D-принтеры в программы STEM, позволяя учащимся учиться, создавая физические прототипы объектов, которые они проектируют. Воплощение идей в реальность стимулирует интерес к инженерии, технологиям и моделированию для изучения прикладных наук. Образовательные 3D-принтеры позволяют проводить практические эксперименты в рамках проектов. экономически эффективный.
- Медицина: Влияние FDM на здравоохранение растёт с каждым днём благодаря печати индивидуальных компонентов, соответствующих анатомическим особенностям пациента, и неинвазивному преобразованию медицинских изображений в 3D-модели. Хирурги используют тактильные 3D-печатные копии органов, облегчая предоперационное планирование, а инженеры быстро разрабатывают и тестируют жизненно важные устройства, такие как изготовленные с помощью FDM носоглоточные тампоны для сбора больших объёмов образцов на COVID-19.
- Распределенное производство: Такие стартапы, как Figure 4 и Adafruit, используют масштабируемость настольных FDM-платформ по принципу «plug-and-play» для локального выполнения заказов на специализированное производство по требованию. Товары для дома, игрушки, подарки и многое другое печатаются без необходимости отправки за границу, избегая при этом отходов перепроизводства, что оптимизирует персонализацию. Модульные микрофабрики выводят изделия ручной работы на витрины магазинов на главной улице.
От классов STEM до лабораторий робототехники и заводских цехов, FDM 3D-печать оптимизирует инновации, образование и распределенное цифровое производство.
Почему вам стоит выбрать FDM?
Несколько технологий аддитивного производства существуют и за пределами FDM, каждый из которых обладает уникальными преимуществами в определенных областях применения. Но что делает FDM «первым среди равных» самым распространенным в мире методом 3D-печати?
1. Доступность и простота
FDM 3D-принтеры доминируют в мировых продажах Благодаря очень доступным настольным моделям и материалам, любой желающий может самостоятельно освоить 3D-печать с минимальным риском. Простота использования также способствует широкому внедрению технологии от школ до производства. FDM обеспечивает самый экономичный и доступный способ перехода к аддитивному производству.
2. Универсальность материала
Ассортимент доступных термопластиковых нитей, от базовых PLA и ABS до более сложных специализированных композитов, позволяет адаптировать печать от базовых концепций до промышленных инженерных материалов для конечных продуктов. Такая гибкость открывает простор для творчества.
3. Надежное качество
Более 30 лет опыта оптимизации систем экструзии и управления движением обеспечивают точность размеров и повторяемость, ожидаемые от цифровой платформы производства, сравнимой с литьем под давлением. Аэрокосмическая и медицинская отрасли используют прецизионное FDM-производство.
Хотя альтернативные процессы 3D-печати действительно обеспечивают превосходное качество поверхности, скорость, прочность и масштабируемость для современных приложений, FDM обеспечивает оптимальное сочетание производительности, выбора материалов, эксплуатационных расходов и надежности, подходящее для большинства распространенных потребительских и коммерческих реализаций. Устраняя барьеры внедрения, FDM делает инновации посредством аддитивного производства доступными для всех.
Лучшие практики для освоения FDM 3D-печати
Погружаясь в мир 3D-печати методом послойного наплавления (FDM), для достижения оптимальных результатов необходимо освоить несколько ключевых аспектов. Это руководство познакомит вас с ключевыми стратегиями, которые помогут превратить ваши печатные проекты из простых в отличные.
1. Создание подходящей среды для печати
Каждый успешная печать начинается с правильных условий. Важно поддерживать среду, в которой температура и влажность контролируются предотвращать деформацию ваших творений или появление других дефектов. Для особо чувствительных материалов, таких как АБС, может даже потребоваться закрытая печатная камера, чтобы обеспечить постоянство температуры на протяжении всего процесса.
2. Достижение идеальной адгезии первого слоя
Основой любой 3D-печати является ее первый слой. Чтобы правильно закрепить его на рабочей платформе, сначала выровняйте платформу. Обычно для измерения расстояния между соплом и рабочей платформой используется стандартный лист бумаги. Регулируйте расстояние до тех пор, пока не почувствуете лёгкое натяжение бумаги при её перемещении. Для материалов, склонных к отрыву, используйте клей-карандаши, лак для волос или специальные наклейки для рабочей платформы 3D-печати, чтобы надёжнее закрепить её.
3. Баланс плотности заполнения и толщины оболочки
Прочность печати и качество отделки зависят от идеального баланса между плотностью заполнения модели и толщиной её внешней оболочки. Хотя большее заполнение повышает прочность, оно также увеличивает время печати и расход материала. Настройте эти параметры в зависимости от предполагаемого использования вашего печатного изделия и помните, что иногда меньше значит лучше.
4. Тонкая настройка скорости и температуры печати
Волшебство часто происходит при регулировке скорости печати и температуры экструзии. В зависимости от тип нити, вам, возможно, придется снизить скорость, чтобы запечатлеть более мелкие детали, или увеличить нагрев для тех, у кого более высокая температура плавления.Эти изменения могут значительно улучшить адгезию слоев и общее качество печати.
5. Обязательство регулярного технического обслуживания
Ваш принтер надёжен настолько, насколько надёжно его обслуживание. Регулярно очистка рабочей платформы, смазка движущихся частей и замена таких компонентов, как сопла и ремни, обеспечат бесперебойную работу вашего устройства и четкие отпечатки.
6. Правильные методы хранения нитей
Нити могут быть хрупкими и подверженными деградации при неправильном хранении. Храните катушки вдали от влаги и прямых солнечных лучей, используя осушители и герметично закрывая их. Правильное хранение обеспечивает целостность материала и стабильное качество печати.
7. Уточнение с помощью постобработки
Постобработка может превратить хороший отпечаток в произведение искусства. Существуют различные методы: от шлифовки до ацетоновой обработки (для АБС) и покраски. Эти методы улучшают внешний вид и функциональность вашего конечного продукта.
8. Мастерство работы с программным обеспечением Slicer
Программное обеспечение для слайсера — это мозг ваших отпечатков, преобразующий ваши проекты в точные инструкции для принтера. Используйте его возможности, научившись управлять структурами поддержек, высотой слоёв и другими параметрами печати в соответствии с вашими конкретными потребностями.
9. Метод проб и ошибок
Не бойтесь экспериментировать. Постепенно корректируйте настройки и документируйте, что работает, а что нет, для каждого проекта. Такой итеративный подход способствует постоянному совершенствованию и более глубокому пониманию возможностей вашего принтера.
Будущее FDM: что дальше?
FDM сохраняет сильные позиции в качестве 3D-печатного шлюза для создания прототипов и мелкосерийного производства. Согласно прогнозам, промышленные системы, в одиночку, превзойдут 18 миллиардов долларов мирового дохода к 2027 году, что нас ждет в будущем?
- Инновации в области материалов: Разработки в области высокопрочных термопластов и печатной электроники еще больше расширят возможности их применения в транспортной, аэрокосмической промышленности, инфраструктуре и производстве устройств.
- Интеграция автоматизации: Оптимизация цифрового рабочего процесса путем объединения программного обеспечения для моделирования с платформами выполнения заказов и складами ускорит широкомасштабное внедрение в распределенных производственных сетях.
- Ограничения по выбросам углерода: По мере ужесточения инициатив в области устойчивого развития локальное производство по требованию обещает существенное сокращение выбросов углерода за счет устранения зарубежных поставок и отходов, а также поддержки бизнес-моделей сервисизации.
Воплощение идей в жизнь
По мере того, как FDM демократизирует цифровое производство благодаря постоянно совершенствующимся доступным и точным системам 3D-печати, новаторы получают доступный инструментарий для воплощения творческих идей в реальность посредством простого расплавления и склеивания материалов в заданные формы, будь то создание прототипов в домашних условиях или масштабное производство. Раскрывая прагматичный подход к аддитивному производству, некогда загадочная технология 3D-печати теперь позволяет любому человеку воплощать свои идеи в творения, которые можно держать в руках, на рабочем столе, в мастерской или даже на рабочем столе, поскольку эта новая производственная парадигма открывает новые возможности.
Часто задаваемые вопросы о FDM 3D-печать
1. Каковы плюсы и минусы FDM?
Плюсы: FDM 3D-печать широко признана экономически эффективной как с точки зрения самих принтеров, так и используемых материалов.Он удобен в использовании, что делает его популярным выбором для начинающих и школьников. Эта технология отлично подходит для быстрого производства прочных деталей и позволяет использовать широкий спектр материалов, каждый из которых обладает уникальными свойствами, подходящими для различных сфер применения.
Минусы: FDM-печать не всегда обеспечивает максимально гладкую поверхность, поскольку на отпечатанной детали часто видны отдельные слои. Кроме того, при печати выступов или сложных форм могут потребоваться дополнительные поддерживающие конструкции, которые впоследствии придётся удалить. По сравнению с другими методами, такими как SLA, точность и детализация FDM ограничены, а поскольку печать идёт послойно, детали могут быть менее прочными в одном направлении по сравнению с другим.
2. Почему FDM лучше SLA?
FDM, как правило, «лучше», чем SLA В ситуациях, когда стоимость играет важную роль, поскольку, как правило, она дешевле. FDM-принтеры более надёжны в плане используемых материалов, и эти материалы часто позволяют создавать более прочные изделия. Кроме того, FDM-принтеры проще в обслуживании и применения, поэтому их часто можно встретить в любительских мастерских и образовательных учреждениях. Однако, если вы предпочитаете создавать объекты с очень высокой детализацией и гладкой поверхностью, SLA может быть предпочтительным вариантом по сравнению с FDM.
3. Насколько безопасна FDM-печать?
FDM-печать считается вполне безопасной, но, как и любой другой инструмент, её необходимо использовать правильно. Убедитесь, что принтер находится в хорошо проветриваемом помещении, так как нагретый пластик может выделять пары. Всегда будьте осторожны рядом с принтером, так как сопло и платформа нагреваются настолько, что могут вызвать ожоги. Следуйте инструкциям производителя по обслуживанию и эксплуатации, и вы сможете наслаждаться 3D-печать без проблем с безопасностью.
4. Сколько времени занимает FDM 3D-печать?
Время печати по технологии FDM может сильно варьироваться. Небольшой и простой объект можно изготовить менее чем за час, в то время как более крупные или высокодетализированные изделия могут занять целый день или даже больше. На время печати влияют несколько факторов: размер объекта, желаемое качество (определяющее высоту слоя) и желаемая плотность изделия (определяющая заполнение). Баланс между этими факторами обычно даёт наилучший результат как с точки зрения времени, так и качества печати.
5. Как долго служат FDM 3D-принтеры?
Срок службы FDM 3D-принтера во многом зависит от того, как вы за ним ухаживаете. Регулярное использование не является проблемой — на самом деле, устройства часто выигрывают от использования, а не от простоя. Ключ к долгой службе — регулярное обслуживание, например, чистка и периодическое… замена деталей, таких как сопло или печатную платформу, если на них есть следы износа. При таком уходе хороший FDM-принтер может прослужить вам долгие годы — пять лет и более — не редкость, а некоторые пользователи отмечают, что их принтеры работают гораздо дольше при правильном уходе.
