Технология Моделирование методом наплавления (FDM - Fused deposition modeling) – это самая распространенная и доступная технология аддитивного производства. Прототипирование объемного изделия производится за счет послойного наложения нити разогретого термопласта (пластмассы) в соответствии с управляющей программой по слоям. Мини экструдер прокладывает и спаивает нити по всей площади и периметру слоя модели, постепенно выращивая готовое изделие.
Технология FDM появилась на коммерческом рынке в начале 90-х годов. Поскольку термин FDM является торговой маркой, то было придумано название FFF - Fused Filament Fabrication. По сути эти два термина являются синонимами.
На сегодняшний день моделирование методом наплавления является самым распространенным и дешевым методом 3D прототипирования.
Сегодня можно заказать 3d печать макетов, корпусов, игрушек, прототипов различных изделий.
В технологии FDM используется различные материалы: резина, полиамид, полипропилен, пластики abs pla и т.д. Множество вариантов расцветок и наполнения пластика различными включениями позволяет создавать в домашних условиях эксклюзивные изделия, а в промышленных качественные 3D прототипы., поскольку FDM используется как для промышленного 3д прототипирования, так и для обучения в научных центрах, развлечения в домашних условиях.
Процесс аддитивного производства – 3d FDM печать. Моделирование методом наплавления (Fused deposition modeling/ Fused Filament Fabrication)
Процесс 3d FDM печати пластиком (термопластом) состоит из нескольких этапов:
- подготовка 3D модели в CAD-системе;
- подготовка управляющей программы в CAM-системе;
- выращивание прототипа на основании управляющей программы;
- Удаление слоев поддержки (при необходимости);
- Проведение вытравливания и обжиг изделия (в случае использования высоконаполненных композитов)
FDM 3d печать не требует каких-либо специальных условий или знаний. Расходным материалом для 3д принтера FDM является пруток пластика в катушках или порошок, который подается в предварительно разогретый экструдер, укладывающий нить пластика по контуру и площади слоя 3д модели. Процесс выращивания заканчивается, когда последовательно уложены нитью все слои детали.
3D печать пластиковых деталей - от пластика до высоконаполненных композитных материалов.
Рассмотрим 3д печать пластиком нескольких основных видов:
- 3d печать ABS PLA – не вызывает никаких больших затруднений. Одни из самых распространенных пластиков. Особенностями является лишь то, что пластик ABS дает достаточно большую усадку (порядка 3 процентов), и качественная 3d печать требует прогрева всей камеры принтера. Не стоит забывать, что не следует работать с пластиком ABS в закрытом помещении. Испарения могут вызвать мигрени и плохое самочувствие.
- 3d печать резиной, если быть точнее, то термоэластопластами. Это один из подвидов пластика, обладающий резиноподобными свойствами. Как правило, это смеси полипропилена с различными каучуками, такими как SBS, SEBS и другие.
- 3d печать полиамидом. Полиамид – это прежде всего конструкционный пластик, который обладает повышенными прочностными характеристиками, термостойкостью, обрабатываемостью и другими полезными свойствами.
- 3d печать полипропиленом – распространенный не требовательный к особым условиям материал. Усадка материала порядка 1,5 процентов. На его основе изготавливается множество композитов (пластик под дерево, блестками и т.д.).
- 3d печать ювелирных изделий – это только качественная 3d печать. Используемые материалы – воск, разлагаемый или выжигаемый термопласт. Выращивание ювелирных изделий требует исключительно качественного профессионального оборудования.
- 3d печать керамикой – достаточно новое направления для метода FDM. Требует наличия у производителя дополнительно оборудования постобработки напечатанных изделий для травления и термообработки готовых изделий. Детали обладают на 97-98 процентов свойствами исходного материала.
- 3d печать металлом – также новое направление для метода FDM. Требует наличие у производителя дополнительно оборудования постобработки выращенных изделий (травление и термообработка). Изделия обладают на 98-99 процентами свойств исходного материала.
Пластик PLA неприхотлив, однако он биоразлагаем, что нужно учитывать при изготовлении изделий. Обычные области применения пластик PLA - 3d печать деталей игрушек и макетов.
В зависимости от используемого каучука, изделие будет обладать различными достоинствами и недостатками. Например, изделия из эластомеров с каучуком SBS не устойчивы к ультрафиолетовым лучам. И при использовании на солнце он через полгода-год изделие потрескается. В свою очередь каучуки SEBS лишены подобных недостатков. Также они не теряют своих свойств и при низких температурах до – 25 градусов цельсия.
Мягкость материала измеряетсяединицах – Шор. В остальном она ничем не отличается от классических термопластов, но требует более точной подгонки роликов подачи материала.
Из пластика методом 3д прототипирования изготавливают рабочие элементы узлов и агрегатов, иных изделий, где требуются повышенные характеристики материала. Основной особенностью работы с полиамидом является более высокая температура плавления пластика, что не могут обеспечить массовые 3д принтеры. Скорее это только профессиональные 3д принтеры.
Возможно различное множество композитных материалов. Начиная от алюминия и дюрали, до нержавеющей стали, твердосплавных сталей и магнитных сплавов.
Направление 3d печать металлом пока не получило широкого распространения по причине высокой стоимости оборудования, но данная технология является более дешевой альтернативой Селективному лазерному спеканию. И в ближайшее время существенно ее потеснит.
Нужно помнить, что особенностью FDM является – низкая скорость печати, более низкое качество по сравнению, например с технологией MJM. Наилучшее разрешение FDM на сегодня -толщина слоя 6 микрон.
3D печать технология FDM. Подготовка 3d модели к печати
Для использования методики 3d печать изделия методом наплавления необходимо перевести CAD-файл в формат Binary STL File, используя систему CAD, в которой разрабатывался прототип. Эта процедура стандартна практически для всех систем 3д прототипирования.
Особенностью этого типа прототипирования является возможность использования нескольких материалов в одной детали. Обычно не более трех видов пластика. Важной особенностью будет являться соответствие количества используемых материалов количеству элементов в одной CAD-модели изделия. Они должны быть равны по количеству! Подготовка файлов для данного вида 3д прототипирования может производиться в любых системах CAD 3D моделирования с последующим сохранением файла в полигональный формат (Бинарный файл STL).
Бинарный файл STL загружается в программное обеспечение - CAM-систему принтера. В этой программе задаются параметры качества печати, производится разбивка детали на слои. Производится расчет траектории движения печатающих головок 3d принтера. На основании этих параметров CAM-системой формируется управляющая программа.
Управляющая программа загружается в 3d принтер. Запускается выращивание изделия.
В процессе выращивания детали, печатающая головка принтера укладывает нить термопласта (пластика) только на те участки, которые предварительно заданы управляющей программой 3D принтера (CAM-системой). Так постепенно выращивается деталь.
Необходимо обратить внимание, что не все файлы STL подходят для 3D печати.
С переводом из твердотельных форматов (например, STEP или IGES) в полигональный формат Binary STL File не возникает проблем практически не в одной из систем CAD-проектирования, которые могут работать с полигональными форматами файлов. Что такое полигональное полигональное моделирование (STL) можно прочитать в одноименной статье.
Иная ситуация обстоит с файлами после 3D сканирования, которые требуют дополнительной обработки, и не пригодны непосредственно для 3D печати послесканирования.
Более подробно процесс 3d сканирования, обработки сканов и реинжиниринга описан в разделе – Технологии, в статьях 3D сканирование. Структурированный подсвет и Реинжиниринг (*.cld/*.stl to *.iges/*.step)
Плюсы и минусы прототипирования методом FDM
Плюсы:
- Низкая стоимость и доступность оборудования;
- Низкая стоимость материалов;
- Широкое разнообразие материалов;
- Возможность одновременного использования нескольких термопластов.
Минусы:
- Низкая скорость печати;
- Возможность деформации изделия за счет усадки пластика при неверно заданных режимах изготовления, или отсутствия поддержания в камере 3д принтера определенной температуры;
- Более низкое качество (за исключением последних моделей принтеров);
- Требуется поддержка нависающих элементов модели.
Технологии 3d печати конкурирующие с FDM
Ниже выделены направления, которые конкурируют по качеству и скорости с технологией FDM. Вы можете с ними ознакомиться в разделе Технологии>Прототипирование:
- Послойное склеивание (LOM)
- Послойное склеивание и окрашивание (CJP)
3D печать на заказ. Цена услуги прототипирования методом наплавления (FDM)
Вы можете подобрать подрядчика и заказать услуги 3d печати FDM в разделе Исполнители, установив соответствующий фильтр по направлениям деятельности.
Вы сможете заказать услуги выращивания изделий на портале «Мир ЧПУ», выберите устраивающего Вас подрядчика и цену услуги.
Обращаем Ваше внимание, что цена услуги может варьироваться в зависимости от типа используемого оборудования, на котором будет выполняться Ваш заказ.
