FDMの紹介

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FDMとは

FDM は Fused Deposition Modeling の略で、材料押出ファミリーに属する積層造形プロセスです。 FDM プロセスでは、溶融した材料が決められたパスに層ごとに選択的に堆積されます。 これらの資料 フィラメント形状の熱可塑性ポリマーです。

FDM は最も広く普及している 3D 印刷技術であり、3D 印刷における最初の技術です。をご紹介します 基本理念 そして、この技術の重要な側面。

FDM の仕組み

FDM 製造プロセス:

  1. 熱可塑性フィラメントは、最初に FDM プリンターにロードされます。ノズルが目的の温度に達すると、熱可塑性溶融物が押出ヘッドに供給され、ノズルで溶融します。
  2. 押出ヘッドは、X、Y、Z 方向に移動する 3 軸システムです。すべての溶融材料は薄い形で押し出され、所定の場所に層ごとに堆積されます。その後、すべての材料が冷却されて固まります。場合によっては、押出ヘッドに冷却ファンを追加して、冷却プロセスを加速することもできます。
  3. 領域を埋めるには、複数のパスが必要です。レイヤーが完成すると、ビルド プラットフォームが下に移動し、新しいレイヤーが配置されます。最後のパーツが完成するまで、このプロセスを繰り返します。

FDMの特徴

FDM パラメータ

ほとんどの FDM マシンでは、ノズル温度、ビルド プラットフォーム温度、ビルド速度、層の高さ、冷却ファン速度などのプロセス パラメータを調整できます。これらのパラメータはすべてオペレータによって設定されます。

デザイナーにとって最も重要なパラメーターは、ビルド サイズとレイヤーの高さです。

デスクトップ FDM のビルド サイズは一般的な 200×200×200 mm ですが、産業用 FDM は 1000×1000×1000 mm です。デスクトップはコスト削減のために好まれ、大きなモデルは小さな部品に分割して後で組み立てることができます。

FDM の典型的な層の高さは 50 ~ 400 ミクロンで、注文の詳細で決定できます。レイヤーの高さが小さいほど、表面が滑らかになり、曲面形状が正確になりますが、レイヤーの高さが大きいほど、低コストで高速に生成されます。最も一般的な層の高さは 200 ミクロンです。

ゆがみ

反りは、FDM で最も一般的な欠陥です。押し出された材料は固化プロセスで冷却されるため、その寸法は減少します。印刷されたセクションが異なる速度で冷却されると、内部応力が蓄積されます。これにより、下層が引き上げられ、反りが生じます。 FDM システムのビルド プラットフォームとチャンバーの温度を監視し、パーツとビルド プラットフォーム間の接着を強化するなど、技術的な方法で反りを防ぐことができます。

さらに、設計を最適化して、ワーピングの可能性を減らすこともできます。

  1. 平らな場所はできるだけ避けてください。そのため、反りが発生しやすくなります。
  2. 薄い突出した特徴は避けてください。必要に応じて、フィーチャー エッジの薄い部分に犠牲材料を追加して、ビルド プラットフォームの接触領域を増やします。
  3. デザインにフィレットを追加し、鋭い角を避け、丸みを帯びた形状に置き換えます。
  4. 1 つのパーツの異なる材料は反りの影響を受けやすく、ABS は PLA や PETG よりも反りの影響を受けやすくなります。 ABS はガラス転移温度が高く、熱膨張係数が高い。

層の接着

FDMプロセスでは、堆積層間の良好な接着が非常に重要です。溶融熱可塑性樹脂がノズルから押し出されると、前の層に押し付けられます。この高温と高圧により、以前の層の表面が再溶融し、新しい層が以前に印刷された部品に結合されます。

異なる層間の接着強度は、材料の基本強度よりも低いことに注意してください。これは、FDM パーツが固有の異方性であることを意味し、Z 軸の強度は XY 平面よりも小さくなります。そのため、FDM 設計プロセスでは、部品の向きが非常に重要です。

溶融した材料が前の層に押し付けられると、その形状は楕円形になります。 FDM 部品の表面は、層の高さが低いため、これまでになく波打っています。穴やねじ山などの小さな特徴は、印刷後に後処理が必要です。

サポート構造

FDM テクノロジーのオーバーハング形状には、サポート構造が不可欠です。薄い空気に堆積するのが難しい、溶融した熱可塑性樹脂をサポートする必要があります。支持領域は残りの領域よりも表面品質が低くなるため、支持構造の要件を最小限に抑えることをお勧めします。サポート構造は通常、部品と同じ材料で印刷されます。また、表面品質を大幅に改善できるディゾルブ サポート マテリアルもありますが、最終的な全体的なコストは増加します。

インフィルとシェルの厚さ

印刷時間を短縮し、材料を節約するために、FDM は通常、完全なソリッド パーツには適用されません。いくつかの周囲パスでシェルを適用し、内部を低密度構造のインフィルで埋めます。 インフィルとシェル 厚みは部品の強度に大きく影響します。

FDM共通資料

FDM には、PLA や ABS などの汎用熱可塑性樹脂、PA、TPU、PETG などのエンジニアリング材料、PEEK や PEI などの高性能熱可塑性樹脂など、幅広い利用可能な材料があります。

FDM 材料 機械的特性と精度に影響します。一般的な FDM 材料を次のようにまとめます。

素材特徴
利点短所
ABS良好な強度良好な耐熱性反りが発生しやすい
人民解放軍高画質で簡単印刷低衝撃強度
ナイロン(PA)高強度耐摩耗性、耐薬品性低耐湿性
PETG食品安全グレード良好な強度簡単印刷
TPU非常に柔軟高精度が難しい
PEI優れた強度耐火性と耐薬品性高コスト

後処理

FDM部品の表面を仕上げることができます によって異なる基準 vさまざまな後処理方法、研磨、研磨、下塗りと塗装、冷間溶接、蒸気平滑化、エポキシコーティング、金属編組など。 FDM の後処理については、こちらをご覧ください。

FDM の利点 & 制限事項

FDM の利点:

  1. FDM は、カスタムの熱可塑性部品の製造と試作の費用対効果の高い方法です。
  2. FDM はリードタイムが短く、技術を利用できる。
  3. プロトタイピングおよび非商用の機能用途向けの幅広い熱可塑性材料。

FDM の制限:

  1. FDM の寸法精度と解像度は最低です。複雑な機能を持つ部品には適していません。
  2. FDM パーツには層の線が見えるため、滑らかな表面仕上げには後処理が必要です。
  3. FDM 部品は、層の接着メカニズムにより固有の異方性を持っています。