3D печать FDM пластиком

Целью RepRap было создание самореплицирующегося 3D-принтера. Использовались валы в качестве рамы и направляющих, а практически все детали соединялись с помощью печатных элементов. Экструдер и рабочий стол двигались двигателями шаговыми. Код исходный был открытым, и несмотря на внешнюю «самоделку из подручных материалов», принтер успешно функционировал, применяя около 50% печатных деталей.

С появлением проектов на основе открытого исходного кода, таких как RepRap, открылся новый этап в развитии технологии 3Д-печати. Одним из выдающихся представителей этого движения стала компания MakerBot. Она не только развивала свой 3D принтер, но и активно продвигала ресурс Thingiverse, на котором пользователи могли находить большое количество бесплатных 3D моделей.

Отдельно стоит выделить компанию Ultimaker, которая выбрала иную стратегию развития. Это позволило им значительно ускорить и удешевить процесс производства. Ultimaker Original, представленный в 2013 году в формате KIT (набора для самостоятельной сборки), позволял пользователям создавать свои 3D-принтеры, начиная с закупки компонентов и заканчивая сборкой и возможностью замены фанерных деталей на пластиковые.

Благодаря быстрому росту сообщества, Ultimaker получила поддержку и признание. Было создано множество бесплатных 3D-моделей для различных узлов Ultimaker Original, а также внесено множество улучшений, устраняющих недостатки конструкции.

Множество проектов в мире 3D-печати появилось и развивалось, но именно RepRap и OpenSource сделали технологию FDM 3D-печати более доступной. Массовость привела к снижению стоимости не только самих 3D-принтеров, но и расходных материалов.

Хотя существует несколько различий между FDM и FFF технологиями, основное отличие заключается в наличии подогреваемой камеры для стабильной печати. FFF технология отказалась от этого элемента с целью снижения стоимости и повышения доступности 3D-принтеров. Впоследствии в некоторых принтерах появились закрытые корпуса, создавая пассивные нагревательные камеры в сочетании с подогреваемыми столами.

Основные принципы работы FDM принтеров

Принцип 3d-печати FDM – технология послойного наплавления расплавленного материала на платформу для создания конечного изделия. ФДМ использует файлы цифровые, загружаемые в устройство, которое затем преобразует их в конкретные физические параметры. В качестве материалов для печати 3Д по технологии FDM можно использовать различные полимеры, такие как ABS, PLA, PETG и PEI, подаваемые в виде нитей через подогретое сопло.

На первом этапе в 3Д принтер загружает катушку с материалом. После того как сопло достигает необходимой температуры, устройство подает нить через головку экструзионную, сопло.

Головка экструзионная прикреплена к системе, которая обеспечивает её перемещение по осям X, Y и Z. Принтер выдает расплавленный материал в виде тонких нитей и слоями наносит их на поверхность в соответствии с проектом. После нанесения материал остывает и застывает. В некоторых случаях для ускорения процесса охлаждения к экструзионной головке подключаются вентиляторы.

Для заполнения определенной области требуется несколько проходов, аналогичных раскрашиванию фигуры маркером. По завершении нанесения каждого слоя платформа опускается, и принтер начинает работу над следующим. Иногда экструзионная головка поднимается вверх. Этот процесс повторяется до завершения создания детали.

О преимуществах и недостатках

Оборудование для 3D печати FDM

Правила выбора 3D принтера FDM:

1. Определите назначение принтера: для домашнего творчества или коммерческого использования.

2. Оцените доступный бюджет для покупки принтера и расходных материалов.

3. Изучите рынок, рассматривая обзоры и отзывы на популярные FDM-принтеры.

4. Обратите внимание на важные вопросы: размер печати, точность, материалы, скорость и дополнительные функции.

5. Удостоверьтесь, что выбранный принтер совместим с ПО.

6. Рассмотрите затраты на расходные материалы, такие как филаменты, и наличие запасных частей.

7. Выберите принтер, удовлетворяющий требованиям по местоположению и дизайну.

8. Рассмотрите дополнительные функции, такие как автоматическое калибрование, сменные сопла, подогреваемый стол и другие.

9. Сравните характеристики, цены и условия гарантии перед принятием окончательного решения.

Конструкция и компоновка FDM принтера

3Д принтер – это устройство, состоящее из разнообразных деталей. Важно, что детали имеют свою роль в процессе создания объектов трехмерных. Основные элементы конструкции принтера 3Д:

• Кинематика – отвечает за движение и позиционирование печатающей головы (экструдера) и сборочного стола в трехмерном пространстве; она обеспечивает точное и плавное перемещение элементов для создания объекта;

• Экструдер – устройство, отвечающее за подачу расплавленного материала (пластика) и формирование слоев объекта; отвечает за точное нанесение материала в соответствии с цифровым моделированием;

• Сборочный стол представляет собой платформу, на которой создается трехмерный объект (он может быть подвижным или неподвижным); обеспечивает основу для печати и обеспечивает стабильное крепление создаваемого объекта;

• Электронные компоненты – включают плату материнскую, блок питания и другие электронные устройства, необходимые для управления и питания принтера;

• Вспомогательные элементы – в эту категорию входят рама, регуляторы стола и другие вспомогательные устройства, обеспечивающие стабильность и точность работы принтера; они имеют возможность обеспечить лучшую фиксацию компонентов и обеспечивают надежность всей конструкции.

Каждый из этих элементов взаимодействует с другими, а это позволяет обеспечить точность и качество создаваемых 3D-объектов.

Материалы для печати FDM

FDM принтеры могут применять для печати разные материалы:

1. PLA. Высокая точность, более низкое температурное плавление, высокая теплоемкость – все это делает процесс печати более простым ведь не нужен подогрева стола. Другие особенности материала: экологичность, нетоксичность, медленное остывание, низкая прочность по сравнению с прочими материалами, например, ABS.

2. ABS. Этот материал износоустойчив, долговечен, но требует подогреваемого стола. Он прочен, широко распространен в быту, но выделяет вредные вещества при нагреве и подвержен деформации при неравномерном остывании.

3. Нейлон. Требует нагревательного стола, высокая температура плавления. Выдерживает большие нагрузки, подходит для механических деталей. Поглощает влагу из воздуха, и в то время этот процесс может повлиять на качество напечатанных деталей.

Хранение и обращение с филаментами: правила

1. Храните филаменты в плотно закрытых контейнерах с силикагелем.

2. Избегайте прямого воздействия солнечного света на используемые материалы.

3. Используйте вакуумные упаковки или влагопоглотители.

4. Перед использованием прогрейте филамент для удаления влаги.

Подготовка к 3D печати

1. Подготовка модели к печати:

1. Освоение основ 3D-моделирования для создания подходящих файлов.

2. Обеспечение модели едиными замкнутыми телами для корректной печати.

2. Слайсинг:

1. Выбор лучших слайсеров для конкретных задач.

2. Тщательная настройка параметров слайсинга для оптимальных результатов.

3. Оптимизация параметров печати:

1. Регулировка температуры сопла и стола для выбранного материала.

2. Улучшение качества печати путем оптимизации скоростей и слоев.
   Решение распространенных проблем с печатью

4. Настройка первого слоя:

1. Сделайте проверку уровня платформы.

2. Регулируйте экструдер и дистанцию между соплом и столом.

5. Устранение проблем с волокнами и засорением сопла:

1. Периодически очищайте сопло от застывших материалов.

2. Используйте высококачественные филаменты.

3. Проверяйте и оптимизируйте температурные настройки для предотвращения засорений.

Применение FDM технологии

Сфера применения таких принтеров обширная:

1. Производство. Благодаря своей быстроте и относительно низкой стоимости, 3D-печать FDM на заказ широко используется в мелкосерийном производстве, где традиционные методы, такие как литье и фрезеровка, становятся экономически непрактичными. Даже в крупных автомобильных компаниях некоторые детали и оснастка теперь изготавливаются с применением технология аддитивных.

2. Прототипирование. 3D-печать твердо утвердилась в области научно-исследовательских работ. Возможность быстро создавать и проверять детали, корпуса, элементы прототипов стала основной задачей для 3D-принтеров. Здесь значительная экономия как по времени, так и по затратам – традиционные методы прототипирования сильно уступают в скорости и стоимости.

3. Образование. Благодаря государственной поддержке, аддитивные технологии прочно вошли в систему образования. Таким образом, школьники и студенты получили возможность изучать основы проектирования, используя продвинутые программы САПР. Теперь разработанную модель можно сразу отправить на печать и увидеть результат, а это значительно обогащает образовательный процесс.

Инновации и будущее FDM печати

Новые термопластичные материалы, включая биоразлагаемые и высокопрочные полимеры, продолжают развиваться. Технологии смешанной и гибридной печати объединяют FDM с другими методами, такими как SLA, металлическая 3D печать и керамическая печать. Внедрение инноваций в механику и электронику FDM принтеров направлено на повышение скорости и точности печати. Общий акцент на расширение материальных возможностей, создание сложных дизайнов и повышение функциональности изделий.

Постобработка и финишные работы

1. Шлифовка и файление – нужны для удаления видимых слоев и достижения более гладкой поверхности.

2. Напыление и грунтовка – нужны для создания более равномерной поверхности перед окончательной отделкой.

3. Обработка теплом – помогает уменьшить видимость слоев и улучшить общий внешний вид изделия.

4. Покраска и полировка FDM Моделей. Используйте качественные краски для основной покраски, создавая равномерное и стойкое покрытие.

5. Полировка. Применяйте полировочные материалы для создания гладкой и блестящей поверхности, придающей изделию профессиональный вид.

6. Детализация. Добавляйте дополнительные детали, такие как наклейки, переходы цветов и лаковые покрытия, чтобы подчеркнуть уникальность и сложность модели.

Безопасность и экологичность при FDM печати

Можно печатать по данной технологии после:

1. Обеспечения хорошей вентиляции в помещении, где работает FDM принтер, чтобы минимизировать воздействие выделений и запахов от плавящихся материалов.

2. Разместив принтер в безопасном месте, где нет прямого доступа для посторонних лиц, особенно детей.

Кроме того, во время печати нужно:

1. Регулярно проверять температуру принтера, убедитесь, что все элементы нагрева работают корректно и без перегрева.

2. Внимательно следить за работой принтера, особенно в начале процесса, чтобы предотвратить возможные инциденты.

3. Выключите принтер перед проведением технического обслуживания или заменой материала, чтобы предотвратить возможные травмы.

4. При утилизации химических веществ, используемых в процессе FDM, соблюдайте все стандарты безопасности и законодательные требования.

5. Минимизируйте использование филаментов и других материалов, практикуя точное дозирование и оптимизацию дизайна для снижения отходов.

Часто задаваемые вопросы (FAQ) по FDM печати

Какова скорость работы FDM-принтеров?

Средняя скорость 3D-принтера FDM колеблется от 50 до 150 мм/час. Тем не менее, существуют также более высокоскоростные принтеры.

Какая технология более прочная: SLA или FDM?

Изделия, созданные с использованием технологии SLA из специальной смолы, не обладают той же прочностью, что и материалы, применяемые в FDM-печати, такие как ABS и PLA. Кроме того, возможно использование филаментов с углеволокном, а это существенно повышает прочностные характеристики изделия.

На сколько дорог FDM?

FDM в Москве представляет собой наиболее бюджетный метод производства нестандартных термопластичных деталей и прототипов на современном рынке. Технология ФДМ настольная имеет низкую цену, но качество изготавливаемых деталей ниже по сравнению с промышленным аналогом.

Заключение

Технология печати-FDM, благодаря разнообразию принтеров 3Д и материалов, представляет собой уникальное и многостороннее направление. Ключевым фактором является выбор правильного инструмента – принтера, наилучшим образом соответствующего поставленным задачам. Несмотря на относительную молодость, ФДМ-печать уже нашла применение в разных областях. С каждым годом механика принтеров становится всё более точной, быстрой. Постоянное обновление программного обеспечения упрощает процесс использования для новичков, тем самым предоставляя комфорт и избавляя от необходимости изучать длинные инструкции и множество настроек перед запуском принтера.

Появление новых видов пластиков, способных создавать более точные и прочные изделия, а также имитировать различные фактуры и материалы, значительно расширяет возможности применения 3D-принтеров, использующих технологию FDM. Такой постоянный прогресс в области материалов и оборудования делает FDM-печать все более доступной и эффективной в различных сферах промышленности и дизайна.