Что такое ФДМ
FDM — это аббревиатура от «Моделирование наплавлением», которое представляет собой процесс аддитивного производства, относящийся к семейству экструзии материалов. В процессе FDM расплавленный материал выборочно наносится по определенному пути, слой за слоем. Эти материалы являются термопластами, полимерами нитевидной формы.
FDM — наиболее распространенная технология 3D-печати, это первая технология 3D-печати. Мы представим основные принципы и ключевые аспекты этой технологии.
Как работает FDM
Процесс изготовления FDM:
- Термопластические нити сначала загружаются в принтер FDM, когда сопло достигает желаемой температуры, расплав термопласта подается в экструзионную головку и расплавляется в сопле.
- Экструзионная головка имеет 3-осевую систему с перемещением в направлениях X, Y и Z. Весь расплавленный материал выдавливается в тонкую форму и наносится слой за слоем в заданное место. Затем все материалы остынут и затвердеют. Иногда мы можем добавить охлаждающие вентиляторы на экструзионную головку, чтобы ускорить процесс охлаждения.
- Для заполнения областей требуется несколько проходов. Как только слой будет завершен, платформа сборки опустится вниз и будет нанесен новый слой. Повторяйте этот процесс, пока заключительная часть не будет завершена.
Характеристика ФДМ
Параметр ФДМ
Большинство машин FDM позволяют регулировать параметры процесса, такие как температура сопла, температура платформы сборки, скорость печати, высота слоя и скорость охлаждающего вентилятора. Все эти параметры задаются операторами.
Для дизайнеров наиболее важным параметром является размер сборки и высота слоя.
Размер сборки настольного FDM обычно составляет 200×200×200 мм, промышленного — 1000×1000×1000 мм. Настольный компьютер предпочтителен для снижения затрат: большую модель можно разделить на мелкие детали и собрать позже.
Типичная высота слоя FDM составляет от 50 до 400 микрон, ее можно определить в деталях заказа. Меньшая высота слоя будет иметь более гладкую поверхность и точную изогнутую геометрию, тогда как большая высота будет производить быстрее и с меньшими затратами. Наиболее распространенная высота слоя составляет 200 микрон.
Деформация
Деформация — наиболее распространенный дефект FDM. Поскольку экструдированный материал будет охлаждаться в процессе затвердевания, его размеры уменьшатся. Различные печатные участки охлаждаются с разной скоростью, что приведет к накоплению внутреннего напряжения. Это подтянет нижележащий слой, вызовет коробление. Мы можем предотвратить деформацию технологическими способами, такими как контроль температуры рабочей платформы и камеры в системе FDM, повышение адгезии между деталями и рабочей платформой.
Кроме того, мы также можем оптимизировать нашу конструкцию, чтобы уменьшить вероятность деформации.
- По возможности избегайте больших плоских площадей. По этой причине он более склонен к короблению.
- Избегайте тонких выступающих частей. При необходимости добавьте расходный материал на тонкий край элемента, чтобы увеличить площадь соприкосновения с рабочей платформой.
- Добавьте в свой дизайн скругление и избегайте острых углов, замените их закругленными формами.
- Различные материалы в одной детали более подвержены короблению, ABS более чувствителен к короблению, чем PLA или PETG. ABS имеет высокую температуру стеклования и высокий коэффициент теплового расширения.
Адгезия слоев
В процессе FDM это очень важно для хорошей адгезии между нанесенными слоями. Когда расплавленный термопласт выдавливается через сопла, он прижимается к предыдущему слою. Эта высокая температура и давление повторно расплавят поверхность предыдущего слоя и свяжут новый слой с предыдущей напечатанной деталью.
Следует отметить, что прочность связи между различными слоями ниже базовой прочности материала. Это означает, что детали FDM анизотропны, прочность по оси Z меньше, чем у плоскости XY. Поэтому в процессе проектирования FDM ориентация детали очень важна.
Поскольку расплавленный материал прижимается к предыдущему слою, его форма принимает овальную. Поверхность деталей FDM волнистая, всегда при низкой высоте слоя. Небольшие элементы, такие как отверстия или резьба, требуют постобработки после печати.
Структура поддержки
Опорная структура необходима для нависающей геометрии в технологии FDM. Он необходим для поддержки расплавленного термопластика, который трудно осаждать на воздухе. Опорная область будет иметь более низкое качество поверхности, чем остальная часть, поэтому мы рекомендуем свести к минимуму требования к опорной конструкции. Опорная конструкция обычно печатается из того же материала, что и деталь. Существуют также растворяющиеся вспомогательные материалы, которые могут значительно улучшить качество поверхности, но увеличить конечную общую стоимость.
Толщина заполнения и оболочки
FDM обычно не применяется для полностью цельных деталей, чтобы сократить время печати и сэкономить материалы. Оболочку нанесем несколькими проходами по периметру, а внутреннюю часть заполним заполнителем с конструкцией низкой плотности. Заполнение и оболочка Толщина сильно повлияет на прочность деталей.
Общие материалы FDM
FDM предлагает широкий спектр доступных материалов, включая такие товарные термопласты, как PLA и ABS, конструкционные материалы, такие как PA, TPU и PETG, высокоэффективные термопласты, такие как PEEK и PEI.
ФДМ-материалы повлияет на механические свойства и точность. Мы суммируем общие материалы FDM следующим образом:
| Материал | Характеристики | |
| Преимущества | Недостатки | |
| АБС | Хорошая прочностьХорошая термостойкость | Подвержен деформации |
| НОАК | Высокое визуальное качество. Простая печать. | Низкая ударная вязкость |
| Нейлон (Пенсильвания) | Высокая прочностьИзнос и химическая стойкость | Низкая устойчивость к влажности |
| ПЭТГ | Безопасный для пищевых продуктовХорошая прочностьЛегкая печать | |
| ТПУ | Очень гибкий | От сложности до высокой точности |
| ПЭИ | Отличная прочностьОгнестойкость и химическая стойкость | Высокая стоимость |
Постобработка
Поверхность деталей FDM может быть обработана до другой стандарт по вразличные методы постобработки, такие как шлифовка, полировка, грунтование и покраска, холодная сварка, шлифовка паром, эпоксидное покрытие, металлическое плетение. Проверьте постобработку FDM здесь.
Преимущества ФДМ & Ограничения
Преимущества ФДМ:
- FDM — это экономичный способ производства и прототипирования деталей из термопластов по индивидуальному заказу.
- FDM имеет короткое время выполнения заказа и доступность технологий.
- Широкий спектр термопластических материалов для прототипирования и некоммерческого функционального применения.
Ограничения FDM:
- FDM имеет самую низкую точность размеров и разрешение. Он не подходит для деталей со сложными характеристиками.
- Детали FDM имеют видимые линии слоев, поэтому для гладкой поверхности необходима постобработка.
- Детали FDM имеют свойственный анизотропный механизм сцепления слоев.