ФДМ печать (фузия отложения плавленых материалов) является одним из самых популярных методов аддитивного производства. Она основана на принципе нанесения пластичного пластикового материала слоями для создания трехмерных объектов. ФДМ печать использует специальное оборудование — 3D-принтер, который контролирует движение печатающей головки и температуру пластичного материала. Этот метод печати широко применяется в различных отраслях, таких как прототипирование, производство, медицина и даже создание объектов искусства.
Принцип работы ФДМ печати основан на использовании термопластичных материалов, таких как ABS (акрилонитрил-бутадиен-стирол) или PLA (полимолочная кислота). Пластичный материал нагревается до определенной температуры и затем подается через небольшое отверстие печатающей головки. Головка движется по программируемому маршруту, расплавляя материал и нанося его на рабочую поверхность в слое. Каждый слой затвердевает при охлаждении, образуя окончательный объект.
ФДМ печать обладает несколькими преимуществами, которые делают ее популярным выбором для прототипирования и производства. Во-первых, она позволяет создавать сложные геометрические формы и структуры, которые трудно или невозможно получить другими методами. Это особенно полезно при проектировании сложных деталей или прототипировании новых изделий.
Принципы ФДМ печати
| 1. Расплавление филамента | Филамент, обычно сделанный из пластикового материала, пропускается через нагревательный элемент, который плавит его и превращает в жидкую форму. |
| 2. Экструзия материала | Плавный материал проталкивается через сопло, создавая тонкий пластиковый поток. Контроль скорости экструзии позволяет контролировать количество материала, наносимого на строительную платформу. |
| 3. Перемещение платформы | Строительная платформа движется в вертикальном направлении по оси Z. Постепенное подъем платформы позволяет наносить следующий слой материала на предыдущий, что в конечном итоге приводит к созданию трехмерного объекта. |
| 4. Охлаждение и застывание | Нанесенный материал охлаждается и затвердевает, создавая прочные связи между слоями. Этот процесс обычно происходит при комнатной температуре или с помощью дополнительных охлаждающих систем. |
| 5. Поддержка и удаление структурных материалов | В некоторых случаях, когда объект имеет перекладины или выступы, требуется временное использование дополнительных структурных материалов для поддержки частей объекта. По окончании печати эти материалы могут быть удалены, чтобы получить конечный продукт. |
Преимущества метода ФДМ печати включают высокую точность, возможность использования различных материалов, относительную низкую стоимость и простоту использования. Этот метод позволяет создавать функциональные прототипы и готовые изделия в разных отраслях, таких как промышленность, медицина и архитектура.
Термическое плавление материала
ФДМ печать основана на принципе термического плавления материала. В основе этого процесса лежит использование нагреваемого экструдера, который расплавляет пластиковый филамент и выдавливает его через небольшое отверстие (сопло).
Филамент, проходя через сопло, наносится на рабочую поверхность слоями, чтобы создать трехмерный объект. Когда пластик остывает, он затвердевает, и следующий слой наносится сверху. Этот процесс повторяется, пока не будет создан весь объект.
Регулируемая температура нагреваемого экструдера позволяет достичь оптимальной температуры плавления для выбранного материала. Каждый тип пластика имеет свои уникальные параметры плавления, поэтому для каждого материала могут быть использованы разные температуры.
Одним из преимуществ термического плавления материала является возможность использования широкого спектра пластиков, включая ABS, PLA, PETG, Nylon и другие. Кроме того, ФДМ печать позволяет работать с различными цветами и текстурами материалов, что дает большую гибкость в создании объектов.
Слоистое нанесение
Механизм работы ФДМ принтера основан на нагреве пластического материала, такого как пластик или металлический проводник. Верхний слой материала нагревается до температуры плавления и наносится на рабочую поверхность. Затем материал охлаждается и затвердевает, образовывая часть или предмет.
Слоистое нанесение позволяет создавать сложные структуры и геометрические формы, которые традиционные методы производства неспособны достичь. Результаты 3D-печати ФДМ могут быть очень точными и детализированными, в зависимости от качества принтера и используемого материала.
Кроме того, слоистая структура обеспечивает дополнительные преимущества, такие как возможность внедрения различных материалов в рамках одного изделия. Например, можно создавать изделия с жесткой внешней оболочкой и гибкой внутренней структурой. Это открывает новые возможности для различных отраслей, включая производство медицинских протезов, автомобильных компонентов и инженерные решения в области электроники.
Слоистое нанесение также позволяет экономить материалы и снижать стоимость производства. При использовании традиционных методов производства теряем до 90% материала при обработке и обрезке. С 3D-печатью ФДМ мы смогли снизить этот процент до 5-10%, что экономит время, энергию и ресурсы.
В общем, слоистое нанесение является основой технологии ФДМ печати и является одним из ее ключевых преимуществ. Этот процесс позволяет создавать сложные предметы с высокой точностью и геометрической детализацией, а также использовать различные материалы для создания уникальных конструкций.
Использование пластиковых материалов
ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) является одним из наиболее распространенных пластиков, используемых в ФДМ-печати. Он известен своей высокой прочностью, устойчивостью к ударам и пластичностью. ABS-детали обладают отличной термостойкостью и химической стойкостью, что делает их идеальными для функциональных прототипов и промышленных приложений.
PLA (полилактид) является биоразлагаемым пластиком, получаемым из растительного сырья, такого как кукурузный крахмал или сахарный тростник. PLA обладает низкой токсичностью, низким усадком и хорошей структурной прочностью. Он идеален для создания декоративных предметов, игрушек, моделей и прототипов, не требующих высокой прочности.
PETG (полиэтилентерефталатгликоль) — прозрачный пластик с отличными механическими свойствами и химической стойкостью. Он является более прочным и устойчивым к истиранию по сравнению с PLA и ABS, и может использоваться для создания прозрачных или полупрозрачных деталей, таких как бутылки, контейнеры, защитные крышки и другие.
TPU (термопластичный полиуретан) — эластичный пластик с высокой устойчивостью к истиранию и низкой твердостью. Он идеален для создания гибких и упругих деталей, таких как резиновые уплотнения, прокладки и демпферы.
Нейлон (полиамид) — прочный и гибкий пластик, обладающий высокой ударопрочностью и устойчивостью к химическим веществам. Нейлоновые детали широко используются в автомобильной и авиационной промышленности, а также в промышленности спортивных товаров.
- Использование пластиковых материалов позволяет создавать детали с высокой точностью и детализацией. Точность и детализация печати зависят от выбранного материала и настроек печати.
- Пластиковые материалы легко доступны и относительно недороги, поэтому ФДМ-печать становится доступной широкому кругу пользователей.
- Пластиковые детали могут быть легко обрабатываемыми, например, шлифовкой, сверлением, нарезанием резьбы и покрытием краской.
- ФДМ-печать с использованием пластиковых материалов позволяет создавать функциональные прототипы, энд-юзер продукты, заготовки для литья, настольные игры, модели и другие предметы.
Контроль точности печати
Во-первых, перед началом печати на 3D принтере происходит калибровка. Программа 3D моделирования отправляет команды принтеру, чтобы он определил свои стартовые позиции и размеры. Это регулирует точность позиционирования и размеров деталей, которые будут распечатаны.
Во-вторых, во время печати ФДМ принтеры имеют возможность самоконтроля. Они используют датчики и механизмы, чтобы мониторить качество печати в реальном времени. Если принтер замечает отклонения или проблемы, он автоматически корректирует параметры печати для обеспечения максимальной точности.
Кроме того, при работе 3D принтера с ФДМ технологией можно использовать дополнительные функции для контроля точности. Например, программное обеспечение для 3D моделирования позволяет создавать сетки для проверки размеров и форм деталей. После печати эти детали можно измерить и сравнить с заданными параметрами.
Все эти факторы в совокупности обеспечивают высокую точность печати на ФДМ 3D принтерах. Это особенно важно при создании прототипов или функциональных деталей, где требуется высокая точность и соответствие заданным параметрам.
Преимущества ФДМ печати
1. Цена: ФДМ 3D-печать доступна по относительно низкой цене. Приобретение и эксплуатация принтера становятся доступными для многих компаний и частных лиц.
2. Материалы: ФДМ печать позволяет использовать широкий спектр материалов, включая пластик, металлы, стекло, керамику и даже пищевые продукты. Это делает метод универсальным и применимым для различных задач.
3. Быстрота: ФДМ печать способна создавать детали очень быстро. Малые и средние детали могут быть распечатаны за несколько часов, а крупные — за несколько дней. Это позволяет сократить время на производство и ускорить разработку продукта.
4. Геометрическая свобода: ФДМ печать позволяет создавать сложные геометрические формы, которые трудно или невозможно получить с использованием других методов производства. Это открывает новые возможности для дизайнеров и инженеров.
5. Простота использования: ФДМ принтеры имеют простую конструкцию, легко настраиваются и обслуживаются. Они не требуют специальных навыков или знаний, поэтому могут быть использованы даже неопытными пользователями.
6. Экологическая безопасность: В процессе ФДМ печати не используются вредные химические вещества, что делает его экологически безопасным методом производства.
Преимущества ФДМ печати делают его популярным и востребованным среди производителей, инженеров, дизайнеров и других специалистов. Этот метод позволяет создавать высококачественные детали с минимальными затратами времени и средств.