FDM-технология:
все, что вам нужно знать о ней

FDM — первая технология, с которой сталкиваются те, кто начинает работать с 3D-печатью. Это широко распространенный метод печати, который помогает достичь хорошего результата без особых сложностей.

Fused Deposition Modeling или моделирование с помощью послойного наплавления — методика, при которой с помощью раздаточной принтерной головки расплавленный материал (термопластичный нитеобразный полимер) наносится слой за слоем по конкретному алгоритму, благодаря чему создаётся новый объект. Толщина нитей 1,75-0,6 мм в зависимости от вида сопла. Они слипаются до момента застывания, за счет чего и образуется контур предмета.

FDM технология 3d печати известна с 1990 годов. Стивен Скотт Крамп изобрёл и запатентовал её в 1989 году со своей женой и соучредителем Stratasys — компанией, которая и представила полезную методику общественности.

Со временем аддитивная технология FDM стала намного доступнее и понятнее.

Главные характеристики FDM технологии — это возможности:

1. Быстрого прототипирования, что делает более простым тестирование с последовательной модернизацией модели.

2. Быстрого изготовления продукции, что является доступной альтернативой привычным методикам, когда нужно сделать мелкосерийные партии.

Привлекает точность печати, благодаря которой реализуются функциональные прототипы, мало чем отличающиеся от привычных литых изделий по качеству. Такое использование технологии помогает добиваться серьёзной экономии при продумывании новых дизайнов.

Среди преимуществ использования технологии печати FDM:

• невысокая стоимость материалов;
• широкие возможности пост-обработки;
• получение прочных, износостойких изделий;
• возможность использования разных материалов;
• отсутствие проблем с поиском запчастей для принтеров;
• стабильность размеров моделей (по мере снижения температуры до комнатной параметры стабилизируются и после извлечения не меняются).

Основной процесс печати осуществляется при высоком температурном режиме, что делает проще контроль за механическими свойствами. За счет наличия камеры нагрева изделие защищено от дефектов, например скручивания. Повышается слоевая адгезия. Регулировка температуры камеры происходит в соответствии с режимом работы и материалом.

Технология гибкая, но у нее есть ограничения. Хотя сделать нависающие элементы можно при маленьких наклонных углах, в случае с большими углами нужно использовать искусственные опорные детали: обычно они делаются в ходе печати и отделяются после всего процесса.

Другие минусы:

1. Ребристая поверхность получаемых изделий. Увеличить гладкость можно, уменьшая толщину слоя. Справиться с этим недостатком помогает и этап пост-обработки: изделие можно отшлифовать механическим или химическим способом (растворителями, например, ацетоном).

2. Точности печати не всегда хватает, если речь идет, к примеру, о производстве изделий для стоматологической или авиакосмической отрасли, когда погрешность в 0,1 мм имеет серьезное значение.

3. Ограничения размерности модели, которая создается на 3D-принтере.

Современные принтеры позволяют регулировать разные параметры печатного процесса, в частности скорость, высоту слоя и т. п. Их устанавливает оператор принтера, поэтому 3D-моделлера это может не волновать.

Важна высота изделия, размер области печати. Среднее значение составляет 200 x 200 x 200 мм, тогда как у промышленного оборудования оно в разы больше. Есть модели с областью печати 240 x 240 x 300 мм, 305 x 305 x 457 мм, 150 x 150 x 150 мм и другими параметрами.

Высота слоя от 50 до 400 микрон. Чем меньше высота, тем больше гладкость и точнее нюансы геометрии, а большая высота позволяет выполнить печать быстро и без высоких затрат.

Важно и количество экструдеров (печатающих головок). При работе на оборудовании с одним экструдером опорные элементы делаются из сырья самого изделия. Это может усложнить процесс. Если используется устройство с двумя головками (их может быть и больше), можно создавать модели разных цветов, использовать основной и дополнительный филамент (исходное сырье нитей, расходный материал), чтобы делать изделия со сложными формами.

Разберем подробнее, в чем состоит FDM технология 3d печати методом послойного наплавления.

Основные шаги:

1. Создается и импортируется 3D-модель.

2. Проходит слайсинг. Слайсер — программа, с помощью которой объемное изображение преобразовывается в команды для печатного устройства. То есть 3D-модель становится понятной для принтера.

3. Печать.

Итак, технология FDM основана на создании объемного объекта последовательными слоями расходного сырья. Эти слои в ходе выращивания соединяются между собой.

Чтобы изготовить пластиковую заготовку, нужно загрузить в принтер цифровую 3D-модель в формате, который поддерживается устройством, например, STL или OBJ. Затем файл проходит обработку и преобразуется в программу, руководящую печатным процессом.

Филамент — термопластик, выглядит как нить. Она разматывается и поступает в экструдер, у которого есть привод для подачи сырья, устройство нагрева для плавления и сопло. Нагревательное устройство нужно для повышения температуры сопла, а оно плавит нить и подает ее для создания модели. Верх сопла проходит охлаждение, за счет чего создается резкий температурный градиент, и материал подается плавно.

То есть нить нагревается, плавится и выдавливается через отверстие сопла на металлическую поверхность. Все это осуществляется в камере, она изолирована и имеет высокую температуру. За счет этого материал проходит через горячую атмосферу, попадая из горячей печатающей головки на разогретую поверхность, что положительно сказывается на изделии.

Модель печатается снизу вверх послойно, слои разогретого пластика склеиваются между собой. Так модель выращивается по точным цифровым параметрам. Экструдер передвигается по горизонтали и вертикали. Им управляют шаговые двигатели, точно воспроизводящие контуры изделия.

Еще одна особенность FDM технологии 3d печати заключается в возможности широкого использования. Она позволяет использовать для выращивания изделий промышленные системы и более доступные принтеры.

Такую аддитивную технологию применяют для печати крупных изделий, к которым предъявляются высокие требования по прочности и гибкости.

Часто методику применяют для быстрого получения прототипов деталей. Проведя испытания, можно улучшить модель и напечатать по-новому.

В бытовом использовании методика полезна для выпуска игрушек, украшений и других мелких изделий. Именно ценовая доступность позволяет применять методику для изготовления партий готовых изделий, например сувениров.

На 3d принтере с помощью FDM технологии печатаются разноцветные и однотонные модели.

Эта методика способствует активному развитию трехмерного дизайна и 3д печати на заказ, что распространено уже сейчас, а станет ещё популярнее.

Растет число сервисов, предлагающих готовые к печати трехмерные дизайны, что делает сферу 3D печати ещё более доступной даже людям, которые не хотят углубляться в подробности трехмерного цифрового дизайна, но желают пользоваться преимуществами технологии.

У 3D-моделлеров есть хороший выбор среди 3d материалов для FDM печати. Рассмотрим их с разных сторон.

ABS — популярный филамент с такими преимуществами:

1. Долговечный.
2. В меру гибкий.
3. Высокопрочен: выдерживает высокие нагрузки и температуры.
4. Имеет универсальное значение, но чаще применяется для изделий, которые подвергаются частым обработкам и нагрузкам по типу падений, нагрева (чехлы для смартфонов, игрушки и т. п.).

Недостатки материала:

1. Сложен в печати.
2. Более высокая температура печати нити.
3. Сильная усадка готовой модели. Для уменьшения деформации применяются принтеры с закрытой рабочей камерой и подогревом рабочей поверхности, чтобы изделия остывали медленнее.
4. Потенциально опасные испарения, неприятный запах. Поэтому необходимо соблюдать правила безопасности и печатать в хорошо проветриваемой комнате.

PLA или полилактид — лидер, потому что:

1. Легко печатается.
2. Для печати не требуется такая высокая температура как для ABS.
3. Устойчив к деформациям.
4. Нет неприятного запаха в процессе печати.
5. Доступен в разных цветах и стилях.
6. Более экологичен как биоразлагаемый термопластик. При его производстве используется сахарный тростник или кукурузный крахмал. Поэтому филамент можно применять при изготовлении изделий, которые контактируют с продуктами питания.

Недостатки:

1. Хрупкость, поэтому PLA лучше не использовать для изготовления изделий, которые будут скручивать, изгибать, ронять.

2. Чувствительность к высоким температурам, поэтому PLA не подходит для изделий, которые должны переносить такое воздействие: филамент деформируется при +60 °C.

PC или поликарбонат — филамент, который применяется для изготовления офтальмологических линз. Примерно в три раза дороже ABS.

Преимущества:

1. Обладает высоким коэффициентом светопропускания.
2. Очень прочный пластик по отношению к физическим и тепловым воздействиям.
3. Умеренно гибкий.

PC нить гигроскопична, впитывает воду, поэтому хранить её нужно в прохладном сухом месте для обеспечения хороших отпечатков.

Это полиэтилентерефталат — тот самый, который используется в бутылках для воды.

Особенности:

1. Высокая прочность.
2. Умеренная гибкость.
3. Высокая подверженность царапинам.
4. Гигроскопичность — хранить филамент нужно в прохладном сухом месте.
5. Липкость в процессе печати. Это плохо для поддержек, но хорошо для адгезии слоев. Главное — подходящий стол.

Также используются:

1. PVAAc (поливинилацетат). Растворим в воде, плавится при температуре 165-170 ⁰С. Популярен как материал поддержки, легко убирается с изделия.

2. Нейлон. Отличается пластичностью, прочностью, химической устойчивостью. Не выделяет токсичных паров, а вот воду впитывает сильно. Хорошо для изготовления прочных изделий и элементов со скромным удельным весом.

3. HIPS — высокопрочный полистирол, обладающий высокой прочностью и упругостью. Отличается низким водопоглощением, безопасен для людей и животных.

4. SBS. Изделия из этого пластика отличаются глянцем и устойчивостью перед большими деформациями на изгиб. При печати таким пластиком нет запаха. Привлекает и хорошая свариваемость слоев.

Часто встречаются названия технологий FFF и PJP. По сути, все это одна методика, носящая разные названия в зависимости от производителя. То есть принтер может называться FDM, FFF, PJP, но принцип один — послойное нанесение расплавленного материала печатающей головкой. Отметим следующее:

1. Во-первых, аббревиатура PJP (Plastic Jet Printing) была придумана компанией 3D Systems.

2. Во-вторых, термин FFF принадлежит проекту RepRap. Так его участники обозначили технологию, не нарушая законодательство (ведь термин FDM принадлежит торговой марке Stratasys).

Отличие все же есть: в FFF-оборудовании отсутствует нагревательная камера, то есть сырье проходит через холодную атмосферу, попадая из горячего экструдера на разогретую поверхность, а в некоторых моделях даже она не нагревается. Из-за этого результаты использования 3d печати FDM и FFF могут отличаться, хотя принцип один. Первая используется в промышленности и опытными 3D-моделлерами, тогда как FFF больше подходит для любителей.

Сейчас название технологий печати FDM и FFF стало чуть ли не синонимами. Но специалисты предпочитают называть всё своими именами.

Важно понимать, совместимы ли материалы технологии FDM с FFF. Да, только если это не специфические тугоплавкие пластики, для которых нужно специальное оборудование.

Если речь идет о начинающем энтузиасте, который не готов вкладывать много денег в 3d печать, первым шагом в этот увлекательный мир может стать именно FFF-оборудование. Для серьезной работы лучше обзавестись ФДМ-принтерами.

Итак, FDM — высокоэффективная и простая технология, которая открывает широкие возможности перед теми, кто понимает перспективу 3D-печати. Если вам нужна качественная 3д печать, оставьте заявку на нашем сайте – наш специалист свяжется с вами и бесплатно проконсультирует.