FDM против FFF:экспертное сравнение методов 3D-печати

Определение FDM и сравнение с FFF

FDM был впервые разработан С. Скоттом Крампом и запатентован Stratasys в 1989 году. Это был один из первых процессов 3D-печати. FDM использует обычные производственные материалы и добавки для создания точных моделей. Большинство профессиональных производителей предпочитают FDM FFF из-за качества продукции. Модели FDM с большей вероятностью будут соответствовать строгим требованиям, чем детали FFF.

FDM использует механизм транспортировки XY для перемещения печатающей головки, содержащей экструдер с регулируемой температурой. Он перемещается по столу, который сам перемещается по оси Z (вертикальной). Экструдер выпускает полурасплавленную полимерную нить по образцу двумерного поперечного сечения детали. Каждый «срез» поперечного сечения применяется к приведенному ниже. Деталь изготавливается из взаимно скрепленных нитей полимерного сырья. Помимо современного оборудования, еще одним отличием FDM от FFF является нагретая камера. Вся среда печати поддерживается вблизи температуры стеклования полимера, чтобы уменьшить напряжение во время печати. Это приводит к большей точности и меньшему количеству искаженных моделей, чем при использовании FFF.

Оборудование FDM более удобно для офиса, чем FFF, поскольку его пары изолированы и машина требует меньшего обслуживания. Минимальная толщина стенки также отличает FDM от FFF. В системах FFF часто используются нити большего размера, поэтому они имеют более низкое разрешение xy. Как правило, минимальная практическая толщина стенок равна трем диаметрам нити, поэтому FFF нужны более толстые стенки, чтобы сделать структуру стабильной.

Для получения дополнительной информации см. нашу статью «Что такое печать FDM».

Определение FFF и сравнение с FDM

FFF возникла в 2009 году, когда истек срок действия патента Stratasys. Rep-Rap была первой компанией, которая извлекла выгоду из доступности технологии. Они популяризировали домашнюю 3D-печать с помощью дешевых и простых в использовании машин. С тех пор ассортимент машин FFF расширился. С эксплуатационной точки зрения машины FFF просты в использовании, помещаются на столе и имеют низкие эксплуатационные расходы.

FFF использует тот же процесс, что и FDM. Он наносит слои нитей на плоскую печатную платформу с помощью нагретого сопла или экструдера. Основное отличие FFF от FDM — отсутствие нагрева среды печати. Нагреваемая камера FDM помогает контролировать температуру детали и снижать остаточные напряжения в готовом изделии. Неконтролируемая температура в машинах FFF делает результаты менее точными и повышает вероятность искажения.

Каковы преимущества FFF по сравнению с FDM?

Ниже описываются преимущества FFF перед FDM:

1. Машины FFF более доступны по цене по сравнению с FDM. Цена FFF указана для домашнего использования или хобби.
2. Системы FFF меньше, чем системы FDM, поэтому они лучше подходят для дома или небольшого офиса.
3. У FFF меньшие требования к электроэнергии, чем у FDM.

Каковы недостатки FFF по сравнению с FDM?

Ниже приводится список недостатков FFF по сравнению с FDM:

1. Детали, напечатанные методом FFF, имеют более низкое качество; они более пористые, имеют «Z-ступени» и не могут содержать особо мелкие детализированные детали.
2. Детали, напечатанные методом FFF, имеют тенденцию деформироваться и деформироваться, особенно в больших сборках.
3. Машины FFF производят неприятный запах, тогда как машины FDM содержат такие пары в закрытой камере.

Важнейшими преимуществами FDM перед FFF являются:разрешение сборки (более красивые и точные модели), а также меньший риск искажений и пористости, возникающих в результате случайных температурных условий.

FDM и FFF:сравнение технологий

Машины FDM хорошо сконструированы, надежны, функциональны и не требуют особого обслуживания. С другой стороны, машины FFF варьируются от базовых типов с открытой рамой до профессиональных устройств, которые кажутся «детскими» машинами FDM. Обе технологии используют одинаковые X-Y-Z-рейки и шаговые двигатели. Однако жесткость является важным фактором разрешения/качества модели. Более тяжелые машины печатают более качественные модели, поскольку они более механически и термически стабильны.

FDM и FFF:сравнение материалов

В машинах FDM и FFF можно использовать широкий спектр материалов, в том числе многие из которых отлично подходят для массового производства. Однако машины FDM лучше контролируют температуру сопла. Они могут работать с конструкционными полимерами с более высокими температурами плавления. Они также лучше с добавками в нити.

FDM и FFF:сравнение приложений

FFF производит пористые, малопрочные модели с низким разрешением. Они подходят для оценки формы и ощущений, но не для эксплуатационных или водонепроницаемых деталей. С другой стороны, слои деталей FDM сплавляются более полно и превышают прочность детали FFF. Благодаря этому детали, напечатанные методом FDM, лучше подходят для инженерных моделей.

Принтеры FDM также поддерживают более широкий диапазон свойств нити, включая температуру плавления и добавки. Если их использовать для прототипирования, это означает, что модели будут больше напоминать готовые продукты. Принтеры FFF не подходят для создания моделей с мелкими функциями. Они просто не могут создавать мелкие детали. 

FDM и FFF:сравнение объема печати

Системы FDM разработаны в соответствии с профессиональными стандартами; их более высокие затраты должны быть компенсированы более высоким качеством их продукции. Эти машины имеют объемы от 305 x 305 x 254 мм (X-Y-Z) до 914 x 914 x 609 мм. Это сравнимо с типичными машинами FFF, у которых площадь сборки составляет от 150 x 150 x 150 мм до 600 x 600 x 600 мм. Большинство машин FFF небольшие, но им все еще трудно производить модели, качество которых одинаково во всем диапазоне оси Z. Принтеры FFF имеют относительно низкую точность размеров, и их детали имеют тенденцию деформироваться.

FDM и FFF:сравнение качества поверхности

Из этих двух деталей детали FDM обычно изготавливаются с использованием более тонкой нити и меньшими шагами Z, поэтому качество их поверхности более впечатляющее. Заготовка FFF имеет больший диаметр, поэтому полученные детали имеют более низкое разрешение, а слои также не сливаются.

FDM и FFF:сравнение затрат

Машины FDM, как правило, ориентированы на профессиональный рынок, цены на них варьируются от 2500 до 25 000 долларов США за современные промышленные модели. Это отражает высокое качество сборки, жесткие оси движения и возможность без проблем печатать в течение всего дня. Хотя машины FFF начинают проникать в профессиональное использование, они чаще предназначены для легкого использования, хобби и домашнего использования. Цены обычно начинаются от 500 долларов США.

Каковы взаимные альтернативы FDM и FFF?

Взаимные альтернативы для FDM и FFF перечислены ниже:

1. SLS: SLS (селективное лазерное спекание) работает путем нанесения слоев полимерного порошка на кровать/модель. Затем лазер плавит частицы, соединяя их вместе.  Как и FDM и FFF, SLS изготавливает детали из термопластика.
2. Соглашение об уровне обслуживания: SLA (стереолитография) использует ультрафиолетовый лазерный свет для отверждения жидкого фотополимерного материала. Он строит пластиковую деталь слой за слоем, как FDM и FFF, но делает это с перевернутой деталью. Модель «выходит» из жидкого фотополимерного резервуара. 

Каковы сходства между FDM и FFF?

Сходства между FDM и FFF перечислены ниже:

• В обеих системах используется волокно, которое плавится в месте нанесения. Сопло строит свою деталь по одному 2D-слою за раз.
• В обеих системах используются полезные полимерные материалы. Однако характер процесса печати ограничивает окончательную прочность 10–40 % от естественной прочности материала.
• Обеим системам в некоторой степени сложно воспроизводить мелкие функции и функциональные компоненты.

Каковы другие сравнения FDM помимо FFF?

Следующая технология печати имеет некоторое сходство с FDM:

• FDM против MJF: MJF (Multi Jet Fusion) — технология 3D-печати в порошковом слое. Он похож на FDM тем, что оба производят пластиковые детали. MJF и FDM также используют тепло для изготовления готовых деталей. Тепло связывает пластик вместе. Чтобы узнать больше, ознакомьтесь с нашим полным руководством по сравнению FDM и MJF.

Каковы другие сравнения FFF помимо FDM?

Другие технологии, сопоставимые с FFF:

• FFF против DLP: Машины DLP (цифровая обработка света) последовательно проецируют УФ-изображение каждого 2D-среза на фотополимерную смолу. Области освещенной смолы, которые контактируют с твердой поверхностью, затем отверждаются и становятся частью твердой структуры. Это оборудование простое и приближается к использованию в хобби, хотя процесс (включая последующее отверждение) может быть довольно запутанным.
• FFF или CLIP: CLIP (непрерывное производство жидкостного интерфейса) производит простые детали, используя недорогое оборудование, такое как FFF. Однако, как и DLP, системы CLIP требуют этапа пост-отверждения для окончательной обработки моделей.

Дин МакКлементс

Дин МакКлементс — дипломированный инженер с отличием в области машиностроения с более чем двадцатилетним опытом работы в обрабатывающей промышленности. Его профессиональный путь включает в себя важные должности в ведущих компаниях, таких как Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace и Hyster-Yale, где он развил глубокое понимание инженерных процессов и инноваций.

Прочтите другие статьи Дина МакКлементса



Революция в медицине:влияние 3D-печати на здравоохранение Сопряжение и фаска:основные различия, применение и советы по проектированию