Моделирование методом послойного наплавления (FDM) является одним из наиболее широко используемых методовТехнологии 3D-печатиЭто процесс аддитивного производства, при котором изделия создаются путём послойного нанесения материала с использованием нагретой экструзионной головки для плавления термопластичных нитей, таких как PLA (полимолочная кислота), ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) и других материалов. С момента своего изобретения в 1980-х годах FDM стал популярным выбором для прототипирования, обучения и мелкосерийного производства благодаря своей экономичности и простоте использования. В этой статье рассматриваются принципы FDM, его преимущества и недостатки, а также различные области применения.
Принципы моделирования методом послойного наплавления (FDM)
FDM-печать основана на относительно простом и понятном принципе. Процесс начинается с создания цифровой 3D-модели, которая обычно создаётся с помощью системы автоматизированного проектирования (САПР). Затем модель конвертируется в формат файла (обычно STL), который может быть интерпретирован 3D-принтером. Перед печатью цифровая модель разрезается на тонкие слои, которые принтер будет использовать в процессе производства. Каждый из этих слоёв печатается один поверх другого, создавая конечный объект.Получив нарезанную модель, FDM-принтер начинает процесс, нагревая катушку термопластичной нити до точки плавления. Затем нить выдавливается через нагретое сопло и подается на печатную платформу. Сопло перемещается по осям X, Y и Z, следуя траекториям, заданным нарезанной моделью, и материал затвердевает по мере охлаждения.По мере продолжения процесса принтер строит объект слой за слоем. Материал прилипает к предыдущему слою, создавая цельный объект, поскольку слои накладываются друг на друга. Именно послойное нанесение отличает FDM от субтрактивных производственных процессов, где материал удаляется из цельного блока.В некоторых случаях для FDM-печати требуются опорные конструкции, особенно для свесов или сложных геометрических форм. Эти опоры обычно изготавливаются из того же материала, что и отпечаток, и могут быть удалены после завершения печати.
Преимущества моделирования методом послойного наплавления (FDM)
1.Экономическая эффективность: Одно из главных преимуществ FDM-печати — её доступность. Эти принтеры, как правило, дешевле других технологий 3D-печати, таких как селективное лазерное спекание (SLS) или стереолитография (SLA). Кроме того, термопластичные материалы, используемые в FDM-печати, относительно недороги, что делает её привлекательным вариантом для любителей, малого бизнеса и образовательных учреждений.
2.Простота использования:FDM-принтеры широко известны своим удобным интерфейсом и простотой эксплуатации. Процесс не требует сложной постобработки или сложной настройки, что делает их идеальным решением для людей с небольшим опытом в 3D-печати. Многие FDM-принтеры поставляются в предварительно собранном виде, и их настройка обычно не требует усилий.
3.Широкий выбор материалов:FDM предлагает широкий выбор термопластичных материалов, включая PLA, ABS, нейлон, TPU (термопластичный полиуретан) и другие. Эти материалы различаются по прочности, гибкости и термостойкости, что позволяет пользователям выбирать наиболее подходящий материал для своих конкретных задач. Кроме того, доступны композитные нити с добавлением других материалов, таких как углеродное волокно или металлические частицы, для повышения производительности.
4. Быстрое прототипирование:FDM особенно полезен для быстрого прототипирования. Инженеры, дизайнеры и производители могут быстро создавать функциональные прототипы для проверки формы, соответствия и функциональности, что ускоряет итерации проектирования. Это значительно сокращает время и стоимость разработки, особенно в отраслях, где скорость имеет решающее значение.
5.Настройка:FDM позволяет легко персонализировать дизайн, что делает его идеальным для создания уникальных изделий или небольших партий. В отличие от традиционных методов производства, FDM позволяет создавать сложные геометрические формы без необходимости использования дорогостоящих форм и инструментов.
6.Поддержка мелкосерийного производства:Технология FDM подходит для мелкосерийного производства, предлагая более гибкую и экономичную альтернативу методам массового производства. Это делает её идеальным решением для производства изделий ограниченного выпуска, запасных частей или мелкосерийного производства.
Недостатки моделирования методом послойного наплавления (FDM)
1. Более низкое разрешение и детализация:FDM обычно позволяет получать детали с более низким разрешением по сравнению с другими технологиями 3D-печати, такими как SLA или SLS. Линии слоёв могут быть видны на поверхности отпечатанного объекта, что может привести к шероховатости поверхности. Для улучшения качества поверхности могут потребоваться методы постобработки, такие как шлифование или сглаживание.
2.Ограничения прочности:Хотя термопластики, используемые в FDM, относительно прочны, они не всегда столь же долговечны и надёжны, как материалы, полученные другими методами производства. Например, прочность FDM-отпечатков может быть снижена вдоль линий слоёв, что делает их более подверженными разрыву или расслоению под действием нагрузки.
3.Ограниченные свойства материала:Несмотря на широкий выбор материалов для FDM, некоторые специальные материалы, такие как жаропрочные или высокопрочные сплавы, использовать невозможно. Это делает FDM непригодным для применений, требующих экстремальных свойств материалов, например, для аэрокосмической промышленности или некоторых автомобильных деталей.
4.Время печати:Печать послойным методом (FDM) может занять значительное время, особенно для крупных или сложных объектов. Поскольку процесс выполняется послойно, он может быть медленным, особенно по сравнению с другими технологиями, такими как струйная печать или печать на основе смолы.
5. Опорные конструкции:Для сложных геометрических форм с выступами или сложными внутренними полостями FDM требует использования опорных конструкций, что может увеличить расход материала и время постобработки. Хотя возможно использование растворимых опорных материалов, они могут увеличить общую стоимость и сложность процесса печати.
Применение моделирования методом послойного наплавления (FDM)
1.Прототипирование:Одно из наиболее распространённых применений FDM — прототипирование. Дизайнеры и инженеры используют FDM для быстрого создания функциональных прототипов, которые можно тестировать и дорабатывать. Скорость и экономичность FDM делают его идеальным для ранних этапов разработки продукта.
2.Образование:Благодаря своей доступности и простоте использования, FDM широко используется в образовательных учреждениях. Он предоставляет студентам и преподавателям возможность изучать концепции проектирования и производства, а также создавать модели для научных, инженерных и художественных проектов.
4.Производство и мелкосерийное производство:FDM-печать может использоваться для мелкосерийного производства деталей или изделий на заказ, таких как запасные части, специализированные инструменты и изделия по индивидуальному заказу. Это особенно актуально для отраслей, где требуется мелкосерийное производство или короткие сроки выполнения заказов.
5.Здравоохранение:FDM применяется в здравоохранении, например, для изготовления индивидуальных медицинских имплантатов, протезов и анатомических моделей для планирования хирургических операций. Возможность создания моделей, соответствующих индивидуальным особенностям пациента, позволяет разрабатывать персонализированные решения для лечения.
6. Аэрокосмическая и автомобильная промышленность:Несмотря на ограничения, связанные со свойствами материалов, метод FDM используется в аэрокосмической и автомобильной промышленности для быстрого создания прототипов деталей, а также для производства инструментов и приспособлений, облегчающих производственные процессы.
Заключение
Моделирование методом послойного наплавления (FDM) — это универсальная и широкодоступная технология 3D-печати, которая произвела революцию в быстром прототипировании, разработке продукции и мелкосерийном производстве. Благодаря своей экономичности, простоте использования и гибкости в выборе материалов, FDM стал бесценным инструментом в различных отраслях. Несмотря на некоторые ограничения, особенно в отношении разрешения и прочности материалов, его преимущества делают его идеальным для множества применений: от создания прототипов до проектов «сделай сам» и мелкосерийного производства. По мере развития технологий 3D-печати FDM, вероятно, останется важнейшим методом создания индивидуальных функциональных объектов в самых разных отраслях.
