Моделирование методом наплавленного слоя (FDM): преимущества, недостатки и практические рекомендации

Моделирование методом наплавленного слоя (FDM) — популярная форма аддитивного производства, включающая плавление, экструзию и отложение нити на стол печати для построения объектов слой за слоем. Процесс 3D-печати FDM высоко автоматизирован: после отправки цифрового файла вашему партнеру по 3D-печати ему остается только нарезать модель, отправить на принтер и откалибровать стол печати.

FDM — популярный выбор для быстрого 3D-прототипирования, но также используется для создания медицинских приборов, специализированных производственных инструментов, автомобильных деталей и многого другого. Хотя FDM является наиболее распространенной формой 3D-печати, необходимо взвесить плюсы и минусы, чтобы определить, подходит ли этот процесс для ваших задач. Вот что нужно знать.

Преимущества моделирования методом наплавленного слоя

Скорость — одна из главных причин использовать 3D-печать FDM. Вы можете напечатать готовую деталь за несколько минут или часов, сокращая сроки выполнения и ускоряя процесс прототипирования. FDM также позволяет печатать более крупные объекты, а легко масштабируемый дизайн FDM-принтеров означает низкое соотношение стоимости к размеру.

Что касается материалов, при FDM у вас широкий выбор. FDM-принтеры принимают широкий спектр нитей различных материалов и цветов, и они часто бюджетны. Распространенные материалы для FDM: акрилонитрилбутадиенстирол (ABS), полиэтилентерефталатгликоль (PETG), полилактид (PLA) и нейлон.

Недостатки моделирования методом наплавленного слоя

Главный недостаток 3D-печати FDM — низкое разрешение. Не только относительно большая толщина слоя FDM делает его неидеальным для деталей с мелкими деталями, но и готовые издели, как правило, имеют шероховатые поверхности и требуют постобработки для достижения более гладкой отделки. Хотя паровое сглаживание, заполнение зазоров и эпоксидное склеивание могут улучшить внешний вид детали, эти процессы также удлиняют производственные сроки. В результате FDM-принтеры не идеально подходят для производства деталей, требующих гладких поверхностей или высокого разрешения.

Поскольку FDM-принтеры обычно укладывают нить слой за слоем в одном направлении, полученные печати анизотропны и склонны к разрыву, особенно там, где слои соприкасаются. Например, FDM-детали легко ломаются под сжимающими силами, параллельными их слоям. Чередование печати слоев по осям X и Y может усилить печать, но для большинства приложений меньший вес FDM-детали компенсирует незначительное снижение прочности.

Поддерживающие структуры необходимы при печати FDM, что означает, что ваши печати потребуют больше материала, времени и постобработки, чем если бы они были сделаны процессом вроде HP Multi Jet Fusion, не требующего поддерживающих структур. Существует множество процессов 3D-печати, требующих поддерживающих структур, хотя они могут незначительно увеличивать затраты и сроки.

Когда использовать FDM

Учитывая эти ограничения, есть проекты, где другой процесс 3D-печати, например стереолитография (SLA), может быть более подходящим. Как FDM, SLA строит детали слой за слоем, но в отличие от FDM, SLA затвердевает и härджит жидкую смолу лазерной фотополимеризацией. При сравнении SLA и FDM нужно учитывать:

Объем сборки

SLA 3D-принтеры обычно имеют более мелкие строительные платформы, чем FDM-принтеры, ограничивая размеры компонентов или партий. Крупноформатные SLA-принтеры также реже, медленнее, дороже и более расточительны, чем крупноформатные FDM-принтеры, поэтому если вам нужно напечатать большую деталь или несколько мелких одновременно, FDM может быть более практичным.

Скорость печати

При печати мелких деталей разница в скорости между FDM и SLA часто пренебрежима. Однако если нужно быстро производить более крупные компоненты, можно использовать сопла большего диаметра и более толстые слои для ускорения печати на FDM-принтерах. Компромисс в том, что конечный объект будет иметь более низкое разрешение. Можно также использовать более низкий процент заполнения для ускорения печати, хотя может быть незначительное снижение прочности конечной детали.

Материалы

SLA-принтеры принимают несколько типов жидких смол, включая биосовместимые материалы, что делает технологию идеальной для прототипов медицинских приборов. SLA-материалы не подходят для многих промышленных требований и обычно доступны только в черном, белом, сером, желтом, пурпурном и голубом цветах. При использовании FDM-нитей у вас будет больше вариантов материалов и цветов, хотя если вы ищете прозрачные материалы, SLA более вероятно предложит подходящий вариант. Также стоит отметить, что FDM-нити обычно дешевле SLA-смол и дают больше деталей на единицу материала.

Разрешение, точность и качество поверхности

Существует разница в качестве поверхности FDM и SLA из-за размеров слоев и принципов работы каждой технологии. Обычно FDM-принтеры предлагают более низкое разрешение печати и могут даже производить детали с видимыми линиями слоев.

С другой стороны, SLA-принтеры могут достигать разрешения до 25 микрон благодаря точности лазерной полимеризации и низкому риску термического расширения и сжатия. Поэтому лучше печатать на SLA-принтере, если у вас сложный дизайн с тонкими элементами, органической структурой или мелкий компонент, или если нужны гладкие поверхности или жесткие размерные допуски.

Оживите свои идеи с Fast Radius

Доступные нити FDM и высокая скорость печати делают его идеальным процессом для быстрого создания концептуальных моделей или крупных прототипов простых деталей. Однако он ограничен низким разрешением и слоистой поверхностью. Если вы не уверены, подходит ли FDM для вашего проекта, обратитесь к эксперту.

Инженеры Fast Radius могут ответить на любые вопросы об преимуществах и недостатках FDM и помочь провести вас через весь производственный процесс. Мы даже можем помочь оптимизировать ваш дизайн для 3D-печати FDM, произвести конечные детали и многое другое. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы начать!

Если хотите узнать о высокопроизводительных промышленных пластиках для FDM, принципах дизайна для аддитивного производства и многом другом, посетите наш центр ресурсов.

Готовы произвести свои детали с Fast Radius?

Начните расчет стоимости