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    北京3D打印公司簡單介紹FDM 3D打印

    作者:武漢易成三維科技有限公司 日期:2022-06-11 點擊:45
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    武漢易成三維是國內領先的3D打印綜合方案供應商,始終專注于制造、教育、科研、軍工等領域,迄今為止已為約600所著名高校、科研院所、約10000個企業機構提供專業的3D打印設備、服務及平臺化數字智造應用方案。

    熔融沉積建模是3D打印最流行的形式。了解有關它的所有信息以及它與其他3D打印方法的比較。

    熔融沉積建模(簡稱FDM)是增材制造的一種材料擠出方法,其中材料通過噴嘴擠出并連接在一起以創建3D對象。

    特別是,“標準”FDM工藝通過使用熱塑性塑料作為原料材料(通常以長絲或顆粒的形式)來區別于其他材料擠出技術,例如混凝土和食品3D打印。

    因此,典型的FDM 3D打印機采用基于聚合物的長絲并迫使其通過加熱的噴嘴,該噴嘴熔化材料并將其沉積在構建平臺上的2D層中。雖然仍然溫暖,但這些層相互融合,最終形成三維零件。

    FDM通常被認為是3D打印東西的最簡單方法,它是可訪問的,相當有效的,并且廣泛流行。FDM打印機主導著3D打印市場,比樹脂3D打印更直接,比SLS等基于粉末的方法便宜得多。

    在本文中,我們將探討這種廣受好評的3D打印工藝,詳細介紹其內部工作原理,材料可能性等等。首先,讓我們來看看它是如何在制造商和業余愛好者中如此受歡迎的。

    雖然FDM是無可爭議的最流行的3D打印方法,但令人驚訝的是,它不是第一種被發明的方法。實際上,它甚至不是第二個。

    Scott Crump于1989年申請了第一個FDM專利,這是立體光刻(SLA)專利提交三年后,選擇性激光燒結(SLS)一年后。斯科特和他的妻子麗莎后來創立了當今領先的3D打印公司之一:Stratasys。

    然而,FDM后來才通過RepRap社區在其替代名稱Fused Filament Fabrication(FFF)下在非商業用戶中流行起來。RepRap項目于2005年由巴斯大學的Adrian Bowyer作為一個學術項目開始,其主要目標是生產自我復制設備。

    當FDM專利于2009年到期時,幾位前RepRap志愿者創立了MakerBot Industries,這是首批將基于RepRap開源項目的開源FDM 3D打印機商業化的非工業公司之一。其他3D打印公司,如Ultimaker和Prusa Research,也從RepRap運動開始了自己的旅程。最近,MakerBot和Ultimaker聯手合并。

    這些公司和個人都為我們今天擁有的消費者和業余愛好者FDM 3D打印的巨大市場鋪平了道路。

    FDM(或FFF)的主要特征是將熱塑性塑料擠出和選擇性沉積成層,形成形成三維物體的層。這聽起來可能有點模糊,所以讓我們在這里更詳細地探討這個過程。

    FDM技術的核心是相對簡單的。其主要功能由兩個不同的系統執行:一個負責擠出和沉積,另一個負責打印頭移動。我們將在以下各節中討論這兩個系統。

    從廣義上講,擠出和沉積系統可以分為兩個主要組件:“冷端”和“熱端”。

    FDM 3D打印中使用的熱塑性塑料通常采用燈絲線軸,冷端負責將這種材料從線軸送入3D打印機。類似地,冷端還控制材料沉積在另一端的速率,通常稱為“流動”。

    另一方面,熱端負責將移動的塑料材料加熱到足以通過噴嘴“清除”的程度,因此得名。此步驟涉及不同的組件,包括加熱盒,散熱器,當然還有噴嘴。

    冷端和熱端必須協同工作,以在所需的溫度和物理狀態下擠出適量的材料,以便正確堆疊層。

    硬件設置

    在擠出方面,有許多不同的設置。例如,冷端可以位于移動熱端的正旁邊,在稱為直接擠出的設置中,也可以將其固定在打印機的框架上,需要一個連接管將燈絲引導到熱端,通常稱為Bowden管。

    熱端組件也有不同的設置。例如,與PTFE襯里的熱端相比,所謂的全金屬熱端允許在噴嘴中達到更高的溫度,PTFE襯里的熱端內部使用短管以減少燈絲摩擦,但這也將溫度限制在最高約240°C。

    考慮到擠出和沉積在一起,也有多擠出系統。這些允許同時使用多種材料。

    與所有事情一樣,每種設置都有其優點和缺點,最終的選擇將歸結為3D打印機將提供的速度,材料和應用。

    除了FDM 3D打印機可以具有的不同擠出設置之外,設計中最重要的可變性可能在于框架和運動系統。

    FDM 3D打印機的運動系統負責在三維空間中移動熱端組件,以便相應地沉積熔化的材料。在最小的層面上,驅動這種運動的部件通常來自步進電機、直線導軌、絲杠和橡膠帶系統。

    移動熱端可以通過多種方式實現。首先,讓我們根據操作坐標系來描述不同的設置。到目前為止,3D打印機的主要坐標系是笛卡爾坐標系,其中位置由三個線性坐標(X,Y和Z)給出。然而,有一小部分FDM 3D打印機使用極坐標系,它使用線性和角度值來描述物理位置。

    笛卡爾機器可以根據其運動系統進一步分類。

    Delta 3D打印機使用垂直導軌和三個獨立控制的臂連接到熱端,所有臂一起移動以相應地定位熱端。SCARA打印機是笛卡爾機器的另一個子類別,利用水平移動的手臂來執行平面運動。

    然而,如果你在野外遇到3D打印機,它很可能是笛卡爾直線式的機器。在這里,您可以使用螺釘、皮帶和皮帶輪系統,完全沿 X 軸、Y 軸和 Z 軸引導運動。有幾種可識別的類型屬于這一類別,一些流行的類型是i3-Style Cartesian-XZ-Head和CoreXY打印機。

    最近,一種新型的FDM 3D打印機出現了:皮帶式3D打印機。它提供連續的3D打印,從某種意義上說,構建平臺像生產線中的傳送帶一樣移動,允許生產異常長的零件或連續發送多個零件。

    優點

    可擴展性是FDM 3D打印最重要的優勢之一。與樹脂3D打印機不同,FDM打印機可以輕松縮放到任何尺寸,因為唯一的限制是每個龍門架的移動。

    具有易于擴展的設計的一個更明顯的好處是成本與尺寸之比。由于零件成本低和設計簡單,FDM打印機不斷變得更大,更便宜。

    說到成本,常規FDM長絲是迄今為止最便宜的3D打印材料,特別是與其他3D打印方法相比,如SLS和樹脂基打印。

    關于材料的另一個優點是靈活性。在任何FDM打印機上,都可以用相對較少的升級和修改來打印各種各樣的熱塑性材料和異國情調的長絲,而對于材料必須是樹脂或細粉的其他樣式來說,這是不可能的。

    最后,FDM打印的整體體驗比樹脂和SLS要好得多。使用FDM,除了移除支架之外,沒有額外的清潔步驟,而不是這些替代方法所需的酒精浴和壓縮空氣噴射。

    FDM也沒有額外的固化步驟。打印過程完成后,零件即可開始使用。

    缺點

    然而,FDM 3D打印并非沒有缺點。由于其組件的簡單性和整體成本,FDM打印機往往需要大量的調整和調整(即床平化)才能達到其他打印方法的可靠性和質量水平。

    與樹脂和SLS相比,FDM嚴重依賴于物理運動,因此除了校準之外,許多FDM打印機組件還需要定期維護和注意:皮帶張力,擠出機清潔,導軌潤滑,甚至零件更換,如熱端噴嘴。

    最后,FDM打印高度依賴于原料質量。不良的燈絲尺寸精度會導致幾種擠出問題,塑料的化學成分也會使印刷過程出現問題。此外,燈絲線軸必須適當存放以避免吸濕 - 這也會影響印刷過程。

    這是一個熱門話題,因為許多人認為打印質量是FDM 3D打印的致命弱點。雖然這種說法并非沒有根據,但這里需要考慮不同的觀點。

    優點

    打印質量不僅與外觀有關。機械性能在這里也很重要,FDM為生產堅固耐用的功能部件提供了巨大的價值,特別是與易碎的樹脂3D打印相比。

    FDM 3D打印也非常通用,因為打印質量可以犧牲速度甚至堅固性,使其成為生產令人愉悅的美學部件和功能更強大,更堅固的部件的絕佳工具。

    話雖如此,通過適當的校準和切片機設置調整,FDM 3D打印機可以達到一個驚人的打印質量水平,考慮到機器和燈絲的成本,即使與SLS和一些樹脂3D打印機相比也是如此。

    雖然已經提到過,但不同FDM材料的靈活性和可用性也在這里起著重要作用。單個FDM 3D打印機只需更改燈絲類型即可生產具有完全不同屬性和外觀的零件(我們將在下面看到)。

    缺點

    盡管如此,如果需要整體美學和表面光潔度質量,FDM可能會很麻煩。由于材料被擠出成具有特定預定義厚度的層,因此很難實現詳細的打印,并且通常需要大量的后處理才能獲得專業的成品外觀。

    小尺寸零件有時也不可能用FDM打印。由于標準噴嘴尺寸為0.4 mm,因此任何更精細的細節都需要更換噴嘴(低至0.2 mm),即使如此,它也無法擊敗樹脂和SLS 3D打印的精度和脆度。

    FDM打印的另一個缺點是,它們在打印中創建了一個固有的弱點,其中每一層都是連接的。有人可能會說,這適用于任何3D打印過程。雖然這是真的,但對于FDM 3D打印來說,這種情況更糟,因為層之間的粘合強度較低

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