Fused Deposition Modeling (FDM ) on additiivinen tekniikka , jota käytetään laajalti kolmiulotteisten mallien luomisessa , prototyyppien valmistuksessa ja teollisessa tuotannossa.
FDM-tekniikka sisältää kolmiulotteisten objektien luomisen käyttämällä peräkkäisiä materiaalikerroksia, jotka seuraavat digitaalisen mallin ääriviivoja. Yleensä kestomuovit , jotka toimitetaan filamenttikelojen tai tankojen muodossa, toimivat painomateriaaleina.
FDM-teknologian kehitti S. Scott Crump 1980-luvun lopulla, ja se tuli kaupallisille markkinoille vuonna 1990.
Alkuperäinen termi " Fused Deposition Modeling " ja lyhenne FDM ovat Stratasysin tavaramerkkejä. RepRapin 3D-tulostuksen ystävät ovat keksineet samanlaisen termin " fuused filament fabrication " tai FFF, jota käytetään laillisten rajoitusten ympärille. Termit FDM ja FFF ovat merkitykseltään ja tarkoitukseltaan samanarvoisia.
Fused Deposition Printingin (FDM) kehitti S. Scott Crump 1980-luvun lopulla, ja Stratasys on markkinoinut sitä vuodesta 1990 lähtien. Tällä hetkellä tekniikka on saamassa suosiota harrastajien, avoimen lähdekoodin tulostimia luovien sekä kaupallisten yritysten keskuudessa alkuperäisen patentin päättymisen vuoksi. Teknologian laaja käyttö on puolestaan johtanut merkittävästi tätä tuotantomenetelmää käyttävien 3D-tulostimien hintojen laskuun.
Tuotantosykli alkaa kolmiulotteisen digitaalisen mallin käsittelyllä. STL - malli on jaettu kerroksiin ja suunnattu tulostukseen sopivimmalla tavalla. Prosessia, jossa malli valmistetaan tulostamista varten, kutsutaan " slicingiksi ", jonka tuloksena syntyy G-koodi. Se sisältää kaikki painoparametrit, suulakepuristimen liikkeen, tarvittaessa syntyy ulkonevien elementtien painamiseen tarvittavat tukirakenteet. Jotkut laitteet mahdollistavat eri materiaalien käytön yhden tuotantoajon aikana. Esimerkiksi malli voidaan painaa yhdestä materiaalista toisesta, helposti liukenevasta materiaalista painetuilla kannattimilla, jolloin tukirakenteet on helppo poistaa painoprosessin päätyttyä. Vaihtoehtoisesti on mahdollista tulostaa eri värejä samantyyppisestä muovista samalla kun luodaan yksi malli.
Tuote tai "malli" valmistetaan suulakepuristamalla ("ekstruusio") ja lisäämällä sulan kestomuovin mikropisaroita muodostaen peräkkäisiä kerroksia, jotka jähmettyvät välittömästi suulakepuristuksen jälkeen. [1] [2] [3]
Muovilanka kelataan kelalta ja syötetään suulakepuristimeen - laitteeseen, joka on varustettu mekaanisella käyttölaitteella langan syöttämiseksi, lämmityselementillä materiaalin sulattamiseksi ja suuttimella, jonka kautta suulakepuristus suoritetaan suoraan. Lämmityselementti lämmittää suutinta, joka puolestaan sulattaa muovilangan ja toimittaa sulaneen materiaalin rakennettavaan malliin. Tyypillisesti suuttimen yläosaa sen sijaan jäähdytetään tuulettimella, jotta saadaan aikaan terävä lämpötilagradientti, jota tarvitaan tasaisen materiaalin virtauksen varmistamiseksi.
Ekstruuderi liikkuu vaaka- ja pystytasoissa samankaltaisten algoritmien ohjauksessa kuin numeerisella ohjauksella varustetuissa työstökoneissa . Suutin liikkuu tietokoneavusteisen suunnittelujärjestelmän antamaa liikerataa pitkin . Malli rakennetaan kerros kerrokselta, alhaalta ylöspäin. Tyypillisesti ekstruuderia (kutsutaan myös "tulostuspääksi") ohjaavat askelmoottorit tai servot . Suosituin FDM:ssä käytetty koordinaattijärjestelmä on suorakulmainen , jossa on X- , Y- ja Z - akselit . Vaihtoehtona on sylinterimäinen koordinaattijärjestelmä , jota käyttävät niin sanotut "delta-robotit".
FDM-tekniikka on erittäin joustavaa, mutta sillä on tiettyjä rajoituksia. Vaikka ulkonevia rakenteita voidaan luoda pienissä kulmissa, suuret kulmat edellyttävät keinotekoisten tukien käyttöä, jotka yleensä luodaan painoprosessin aikana ja irrotetaan mallista prosessin lopussa.
Myös perinteisille FDM-painatusmenetelmille on ominaista vierekkäisten kerrosten peräkkäinen levittäminen, mikä ei anna tuotteille tarvittavaa taivutuslujuutta [4] - polymeerin sitoutuminen kerrosten välillä on huonompi kuin kerroksen sisällä [5] , mikä aiheuttaa tuhoa tuotteen kerrosten välissä kuormitettuna [6] .
Lupaavin tapa ratkaista nämä ongelmat on siirtyminen moniakseliseen tulostukseen erityisesti 5 vapausasteessa. Levyn tai laipan lisäkierto ja kallistus yhdistettynä tulostuspään liikkeisiin mahdollistavat:
Mitsubishi Electric Research Labs (MERL) esitteli 5-akselisten tulostimien prototyypit vuonna 2015, Ethereal Machines Halo (Intia). Kaupalliseen käyttöön valmiita laitteita tarjoavat Q5D Technology CU500 (Iso-Britannia), Verashape Vshaper 5AX (Puola), Stereotech 530 Hybrid (Venäjä). Jälkimmäiset ilmoittavat oman ohjelmistonsa (slicer), jonka avulla voit valmistella suorittavan G-koodin 5-akselista tulostamista varten automaattitilassa.
Kulutustarvikkeina on saatavilla kaikenlaisia kestomuoveja ja komposiitteja, mukaan lukien ABS , PLA [7] , polykarbonaatit , polyamidit , polystyreeni , ligniini ja monet muut. Yleensä eri materiaalit tarjoavat tasapainon valinnan tiettyjen lujuus- ja lämpötilaominaisuuksien välillä.
Fused Deposition Modeling (FDM) -tekniikkaa käytetään nopeaan prototyyppien luomiseen ja nopeaan tuotantoon. Nopea prototyyppien luominen helpottaa uudelleentestausta johdonmukaisilla, vaiheittaisilla tuotepäivityksillä. Nopea tuotanto on edullinen vaihtoehto standardimenetelmille pienissä erissä.
FDM on yksi edullisimmista tulostusmenetelmistä, mikä lisää tähän tekniikkaan perustuvien kotitulostimien suosiota. FDM-tekniikkaa käyttävillä 3D-tulostimilla voidaan jokapäiväisessä elämässä luoda erilaisia tarkoitukseen rakennettuja esineitä sekä leluja, koruja ja matkamuistoja.
FDM-tulostimet on suunniteltu tulostamaan kestomuoveilla , jotka toimitetaan yleensä ohuina filamentteina, jotka on kääritty keloille. "Puhtaiden" muovien valikoima on erittäin laaja. Yksi suosituimmista materiaaleista on polylaktidi tai "PLA-muovi". Tämä materiaali on valmistettu maissista tai sokeriruo'osta, mikä tekee siitä myrkyttömän ja ympäristöystävällisen, mutta tekee siitä suhteellisen lyhytikäisen. ABS-muovi päinvastoin on erittäin kestävää ja kulutusta kestävää, vaikka se on herkkä suoralle auringonvalolle ja voi vapauttaa pieniä määriä haitallisia höyryjä kuumennettaessa [7] . Monet päivittäisessä käytössämme olevat muovituotteet valmistetaan teollisesti tästä materiaalista: kodinkoneiden kotelot, putkistot, muovikortit, lelut jne.
PLA:n ja ABS:n lisäksi on mahdollista tulostaa nailonilla , polykarbonaatilla , polyeteenillä ja monilla muilla nykyaikaisessa teollisuudessa laajalti käytössä olevilla kestomuoveilla. On myös mahdollista käyttää eksoottisempia materiaaleja - kuten polyvinyylialkoholia , joka tunnetaan nimellä "PVA-muovi". Tämä materiaali liukenee veteen, mikä tekee siitä erittäin hyödyllisen monimutkaisten geometristen kuvioiden painamiseen.
Ei ole välttämätöntä painaa homogeenisilla muoveilla. On myös mahdollista käyttää komposiittimateriaaleja, jotka jäljittelevät puuta, metalleja, kiveä. Tällaisissa materiaaleissa käytetään kaikkia samoja kestomuoveja, mutta ei-muovisten materiaalien epäpuhtauksia. Joten Laywoo-D3 koostuu osittain luonnollisesta puupölystä, jonka avulla voit tulostaa "puisia" tuotteita, mukaan lukien huonekalut.
BronzeFill-nimisessä materiaalissa on täyteaine aitoa pronssia, ja siitä valmistetut mallit voidaan hioa ja kiillottaa, jolloin saavutetaan suuri samankaltaisuus puhtaasta pronssista valmistettujen tuotteiden kanssa.
On vain muistettava, että kestomuovit toimivat liitoselementtinä komposiittimateriaaleissa - juuri ne määrittävät valmiiden mallien lujuuden, lämpöstabiilisuuden ja muut fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet.
| 3D-tulostustekniikat | |
|---|---|
| fotopolymerointi |
|
| Mustesuihku |
|
| Mustesuihku käyttäen liimoja | - tulostus |
| ekstruusio | |
| Jauhetekniikka |
|
| laminointi |
|
| Laserteknologiat |
|
| Rakentaminen lisäainetekniikoilla |
|
| liittyvät aiheet |
|