Фузионный депозиционный метод (FDM) — это один из наиболее популярных методов аддитивного производства, который используется для создания трехмерных объектов с использованием компьютерного моделирования и экструзии пластического материала. FDM метод основан на принципе постепенного наращивания слоев материала для создания конечного продукта.
Оборудование, которое используется для реализации FDM метода, состоит из 3D принтера, который оснащен специальной экструзионной головкой. Эта головка нагревает пластический материал, который затем выдавливается через сопло и наносится на рабочую платформу, выполняя слежение по определенной траектории, заданной компьютерной программой.
Материалы, используемые в FDM методе, обычно являются термопластами, такими как акрилонитрилбутадиенстирол (ABS) и полилимид (PLA). Эти материалы обладают хорошей прочностью, устойчивостью к воздействию окружающей среды и отлично поддаются обработке, что делает их идеальными для создания различных изделий.
Типичные изделия, которые могут быть созданы с использованием FDM метода, включают прототипы деталей, инструменты, макеты, настольные игры и другие объекты, которые могут быть изготовлены из пластика. Этот метод также находит применение в медицине, авиации, архитектуре и других отраслях, где требуется создание сложных объектов с высокой точностью и детализацией.
Что такое FDM метод?
Процесс FDM начинается с создания трехмерной модели объекта в специальном программном обеспечении. Затем модель разбивается на несколько слоев, и каждый слой транслируется в команды для 3D-принтера.
В процессе печати пластичный материал нагревается до температуры плавления и выдавливается на платформу из шприцеподобного экструдера. Экструдер перемещается по горизонтальным и вертикальным осям, чтобы нанести материал в нужных местах, формируя слои объекта.
После того, как каждый слой отпечатан, он остывает и затвердевает, превращаясь в устойчивую форму. Затем платформа с объектом опускается на небольшую величину, и процесс повторяется для следующего слоя.
FDM метод отличается своей относительной простотой и низкой стоимостью оборудования по сравнению с другими методами 3D-печати. Он широко используется в различных отраслях, включая прототипирование, производство запчастей и создание моделей.
Принцип работы и применение
Принцип работы
FDM (Fused Deposition Modeling) метод основан на использовании пластикового материала, который нагревается и выдавливается через сопло в виде тонкой нити. При этом нить осаждается на платформу слой за слоем, создавая трехмерный объект. Такой способ печати позволяет создавать детали со сложной геометрией и внутренними полостями.
Процесс печати начинается с создания 3D-модели объекта с помощью специализированного программного обеспечения. Затем модель разбивается на слои толщиной около 0,1-0,3 мм. Далее принтер нагревает пластиковый материал до определенной температуры и плавит его, чтобы сформировать нить. Сопло двигается по плоскости печати и выдавливает нить, которая затем охлаждается и затвердевает, присоединяясь к предыдущему слою. Процесс повторяется слой за слоем, пока не будет создан полностью требуемый объект.
Применение
FDM метод широко применяется в различных отраслях, включая прототипирование, проектирование, производство и медицину. С его помощью можно создавать прототипы деталей и изделий, тестировать их функциональность и эргономику. Это позволяет сократить сроки и затраты на разработку новых изделий.
В проектировании FDM метод используется для создания моделей, макетов и эскизов. Он позволяет быстро и недорого создавать презентационные модели и проверять внешний вид и соответствие требованиям заказчика.
В промышленности FDM метод найдет применение для производства низкотиражных деталей и инструментов. Он позволяет создавать детали любой сложности и с внутренними полостями без необходимости использования сложных металлических форм и пресс-форм.
В медицине FDM метод используется для создания протезов, моделей органов и инструментов для хирургических операций. Он позволяет создавать индивидуальные решения, учитывающие особенности пациента, что повышает эффективность лечения и улучшает результаты.
Основные преимущества и недостатки
Преимущества:
1. Экономическая эффективность: FDM-технология является относительно недорогой и доступной для использования. Оборудование и материалы для печати по FDM-методу имеют более низкую стоимость по сравнению с другими методами 3D-печати.
2. Широкий выбор материалов: FDM-принтеры позволяют использовать различные типы пластиков, такие как ABS, PLA, PETG и другие. Это обеспечивает возможность выбора оптимального материала в зависимости от требований и характеристик изготавливаемого изделия.
3. Простота использования: FDM-технология достаточно проста в освоении и использовании. Проблема с настройкой принтера и печать первых изделий обычно решается быстро.
Недостатки:
1. Ограничения в точности: Из-за принципа работы FDM-принтеров, их точность значительно ниже по сравнению с другими методами печати. Это может оказывать влияние на качество и гладкость поверхности изготовленных деталей.
2. Проблемы со сложной геометрией: Печать изделий с сложной геометрией или высокой степенью детализации может быть проблематичной. FDM-технология имеет свои ограничения на возможности создания тонких и сложных структур.
3. Выпуск вредных веществ: При печати по FDM-методу может выделяться различные химические вещества, такие как стекловолокно или избыток пластика. Это требует обеспечения хорошей вентиляции в рабочем помещении и применения мер предосторожности при работе с FDM-принтерами.
Оборудование для FDM
Для реализации FDM-технологии (fused deposition modeling) необходимо использовать специальное оборудование, включающее в себя следующие компоненты:
1. 3D-принтер
3D-принтер является основным компонентом оборудования для FDM. Он выполняет функцию создания трехмерного объекта путем нанесения пластмассовых слоев на рабочую поверхность. Существуют различные модели 3D-принтеров, отличающиеся по размерам рабочей области, точности печати и другим характеристикам.
2. Пластиковый филамент
Пластиковый филамент является материалом, который используется для создания объектов при помощи FDM-технологии. Филамент представляет собой пластиковую нить определенного диаметра, которая плавится внутри 3D-принтера и наносится на рабочую поверхность по заданному шаблону.
3. Сопло
Сопло – это элемент 3D-принтера, через которое происходит выдавливание пластикового филамента. Сопла различаются по диаметру, что позволяет контролировать ширину слоя и точность печати. Выбор сопла зависит от требуемых характеристик печатаемого объекта.
4. Платформа с подогревом
Платформа с подогревом – это часть 3D-принтера, на которую наносится пластиковый филамент и где происходит его охлаждение и закрепление. Подогрев платформы позволяет предотвратить деформацию и сокращает вероятность отклонения от заданной формы.
5. Программное обеспечение
Для работы с 3D-принтером необходимо использовать специальное программное обеспечение, которое позволяет создавать 3D-модели, настраивать параметры печати и управлять процессом печати. Программное обеспечение также выполняет функцию срезки модели на слои и генерации инструкций для 3D-принтера.
Все компоненты оборудования взаимодействуют между собой, обеспечивая точное и качественное исполнение FDM-технологии. При правильной настройке и использовании оборудования возможно получение высококачественных и детализированных изделий.
Материалы для FDM
В FDM-технологии используются различные типы пластмасс, которые нагреваются и выдавливаются через сопло для создания изделий.
Наиболее распространенными материалами для FDM являются:
- PLA (полилактид) – биоразлагаемый пластик, который получают из сахара, кукурузы или картофеля. Он обладает хорошей прочностью и устойчивостью к ультрафиолетовому излучению, а также имеет приятный глянцевый вид. PLA идеален для создания прототипов и деталей с низкой нагрузкой.
- ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) – термопластичный полимер, который обладает высокой прочностью и устойчивостью к воздействию тепла и химических веществ. ABS применяется для создания функциональных прототипов, деталей автомобилей и электронной техники.
- PETG (полиэтилентерефталатгликоль) – прочный и гибкий пластик с хорошей устойчивостью к ударам и химическим веществам. PETG обладает прозрачностью, что делает его идеальным материалом для изготовления упаковки и витринных моделей.
- TPU (термопластичный полиуретан) – эластичный и гибкий материал с высокой ударопрочностью и износостойкостью. TPU часто используется для создания прокладок, уплотнителей и различных изделий, требующих гибкости.
- HIPS (высокоударопрочный полистирол) – прочный и легкий материал с хорошей устойчивостью к холоду и ударам. HIPS обладает отличной способностью к стиранию и износу, поэтому он часто используется для прототипирования и создания моделей.
Кроме основных материалов, существуют также специализированные материалы, включая гибриды пластиков, смолы и композиты, которые обладают уникальными свойствами и могут использоваться для создания более сложных изделий.
Типичные изделия, создаваемые с помощью FDM
С помощью FDM можно создавать различные детали для бытовых предметов, например:
- Закрывашки и ручки для дверей и шкафов
- Фурнитуру для мебели, включая крючки, держатели и соединители
- Крышки для контейнеров и коробок
- Детали для хранения и организации, такие как ящики и полки
Также FDM позволяет создавать детали для производства малых серий и прототипов, такие как:
- Запасные части для машиностроительного оборудования
- Корпуса для электроники и электрических устройств
- Детали для автомобилей, включая обтекатели и аэродинамические элементы
- Игрушки, модели и другие развлекательные изделия
Благодаря доступности и простоте использования FDM-технологии, ее применение становится все более популярным в различных отраслях, иллюстрируя широкие возможности создания разнообразных изделий.