Полное руководство по FDM 3D-печати: всё, что нужно знать

Интересуетесь, что означает FDM? А что такое технология FFF? Эти термины в 3D-печати могут показаться пугающими для новичков.

Fused Deposition Modeling (FDM) и Fused Filament Fabrication (FFF) — это одна и та же технология. FDM/FFF использует аддитивное производство методом экструзии материала. Материал выкладывается слой за слоем по заданному пути, формируя итоговую 3D-деталь.

Да, метод расплавленного отложения (FDM) и метод расплавленной нити (FFF) — это одна технология производства полимерных деталей термическим способом. Процесс вызывает остаточные напряжения, концентрации напряжений, деформации и расслоение между слоями.

FDM — самая распространённая технология 3D-печати в мире. Её использует большинство любителей 3D-печати.

Что такое FDM в 3D-печати и для чего она применяется?

FDM расшифровывается как Fused Deposition Modeling (моделирование расплавленным отложением). Это популярный вид 3D-печати для создания прочных и точных деталей. Торговая марка принадлежит компании Stratasys Inc. — лидера по производству FDM-принтеров.

По сути, FDM — это аддитивная технология, позволяющая создавать трёхмерные объекты через процесс компьютерно-управляемого производства.

FDM применяется для решения различных задач при создании концептуальных моделей. Основные сферы применения:

1. Создание ранних концептуальных прототипов

FDM-технология эффективно производит ранние концептуальные прототипы. В частности, из термопластика ABS-M30 производственного качества, который формирует легко удаляемые поддерживающие структуры после завершения печати.

FDM-детали обладают прочностью и долговечностью готового изделия, поэтому идеально подходят для физического тестирования.

FDM-прототипирование популярно у инженеров и конструкторов, особенно в автопромышленности. Несмотря на более низкую скорость по сравнению с SLA и SLS, оно идеально для функционального тестирования благодаря свойствам: прочность, УФ-стабильность, тепло- и водостойкость.

2. Валидация дизайнов

Технология FDM проверяет проекты инженеров и дизайнеров. Образцы из ABS тестируются в различных условиях, затем проводится двухэтапная модельная симуляция. Анализ определяет, соответствует ли прототип заданному дизайну.

3. Сборка приспособлений и оснастки

Приспособления и оснастка позиционируют, удерживают, защищают и организуют компоненты на всех этапах производства. Традиционно их делают из металла, пластика или дерева.

FDM/FFF упрощает традиционный процесс изготовления. Изготовление инструментов становится дешевле и быстрее, что значительно повышает производительность, качество и эффективность.

Как работает FDM?

Скотт Крамп, основатель революции в FDM-печати, изобрёл выдающуюся технологию.

Как работает FDM?

• Первый шаг — загрузить катушку термопластичной нити в FDM-принтер.
• Когда сопло нагревается до нужной температуры, нить выходит через наконечник и плавится.
• Экструдер движется в заданных направлениях, выкладывая расплавленный материал тонкими нитями слой за слоем в заранее определённых точках.
• Материал остывает и затвердевает, создавая желаемый 3D-объект.

На сопло устанавливаются вентиляторы для ускорения охлаждения.

Преимущества и ограничения FDM-технологии

Широкий спектр настольных 3D-принтеров использует FDM. Stratasys Inc. успешно продвигает эту технологию, став мировым лидером благодаря её преимуществам.

• Точность

FDM-принтеры нагревают термопластик до точки плавления и экструдируют его для создания объекта. Исследование Карнеги-Меллонского университета подтверждает точность FDM в пределах 0,005 дюйма (0,127 мм).

• Скорость

FDM-принтеры отличаются высокой производительностью. При оптимальных условиях детали могут быть готовы за минуты или несколько часов. CAD-печать позволяет получить готовое изделие за один шаг.

• Простота использования

FDM-принтеры просты в эксплуатации: они создают предметы, спроектированные в CAD-программе. Весь процесс настраивается на компьютере, что делает эту технологию одной из самых доступных.

• Доступность

Керамические и термопластические материалы для FDM дешевле альтернатив. Принтеры компактны, поэтому мелкие детали не требуют крупных производственных площадей, что снижает затраты.

• Масштабируемость

FDM автоматически масштабирует детали, сохраняя точность. Пользователи могут создавать миниатюрные прототипы для презентаций или демонстраций.

Что надежнее: FDM или SLA?

SLA обеспечивает более сильное межслойное сцепление по сравнению с FDM.

Технология FDM

FDM-принтеры используют нити PLA, PETG или ABS. Большинство поддерживают нейлон, PVA, TPU и различные PLA-бленды с деревом, углеродным волокном, керамикой и металлом.

Это аддитивный процесс для быстрого прототипирования с использованием CAD.

Технология SLA

SLA (Stereolithography Apparatus) — тоже аддитивный процесс, строящий модели слой за слоем. Но используется фоточувствительная жидкая смола, затвердевающая под ультрафиолетом.

Различия между FDM и SLA

• Точность и гладкость

В FDM разрешение зависит от размера сопла и точности экструдера. Вес верхних слоев может сжимать нижние, вызывая деформации, усадку и повреждения.

SLA-принтеры дают более высокое разрешение. Они точнее, так как разрешение определяет проектор или лазер с малым оптическим пятном.

• Снятие модели после печати

В FDM модель прилипает к столу, но легко снимается; при сильном прилипании помогает шпатель.

В SLA снять модель со стола сложнее — много смолы, также нужен шпатель.

• Постобработка

В FDM нужно удалять опоры (при нависах) и излишки пластика пальцами или режущим инструментом.

SLA-модели покрыты липкой смолой — их моют в изопропиловом спирте в перчатках.

Популярные материалы для FDM

• PLA-нить

PLA — популярная биоразлагаемая нить из кукурузного крахмала. Экологично безопасна. Используется для деталей, прототипов и изделий, не подвергающихся экстремальным нагрузкам.

• ABS-нить

ABS — аморфный полимер, производимый эмульсионным способом или переработкой. Широко применяется для клавиатур, кейкапов и деталей, требующих высокой прочности.

• PET

PET — термопластичный полиэфир из семейства полиэстров, используется для одежды и бутылок.

• PETG

Прозрачный аморфный термопластик — улучшенный PET с добавлением гликоля для большей прочности.

• TPU

Резиноподобный материал для полугибких деталей. Состоит из чередующихся жёстких и мягких сегментов.

Заключение

В статье подробно рассмотрена FDM-технология. Теперь вы знаете, как оптимизировать FDM-печать для лучших результатов.

FDM-печать здесь надолго, и эта глубокая статья расширяет ваши знания и помогает лучше понять эту технологию.