Fused Deposition Modeling (FDM), znany również jako Fused Filament Fabrication (FFF), to popularna i szeroko stosowana technologia druku 3D. W tym artykule przyjrzymy się szczegółom druku 3D FDM, omawiając jego historię, proces, zalety, wady, zastosowania i wiele więcej.
Druk 3D FDM został wynaleziony w 1988 roku przez S. Scotta Crumpa, współzałożyciela Stratasys. Początkowym celem Crumpa było znalezienie szybszej metody tworzenia prototypów. Eksperymentował on z półstałymi tworzywami sztucznymi, ręcznie topiąc je warstwa po warstwie za pomocą pistoletu do kleju. Jego pierwszym dziełem stworzonym tą metodą, którą nazwał Fused Deposition Modeling, była zabawka – żaba dla jego córki. Proces ten został później zautomatyzowany za pomocą oprogramowania do wspomagania wytwarzania (CAM), a Stratasys zaczął sprzedawać drukarki 3D za około 12 000 USD.
Wraz z wygaśnięciem patentu na technologię FDM w 2009 roku, jej zastosowanie rozszerzyło się poza Stratasys, co doprowadziło do znacznego spadku cen i otworzyło możliwości dla komercyjnych, DIY oraz open-source’owych aplikacji. Warto jednak zauważyć, że termin „FDM” pozostaje zastrzeżonym znakiem towarowym Stratasys. W związku z tym inne firmy często używają terminu „Fused Filament Fabrication” (FFF) lub innych nazw zarejestrowanych do opisania tej metody druku 3D.
Jak działa druk 3D FDM?
Druk 3D FDM to proces wytwarzania przyrostowego, który polega na budowaniu trójwymiarowych obiektów warstwa po warstwie od dołu do góry. Proces wykorzystuje ciągły filament z materiału termoplastycznego.
Oto krok po kroku proces druku 3D FDM:
- Projektowanie: Model 3D obiektu jest tworzony przy użyciu oprogramowania CAD.
- Slicing: Model 3D jest następnie dzielony na cienkie warstwy za pomocą oprogramowania do slicingu, które generuje zestaw instrukcji w formacie G-code.
- Drukowanie: Drukarka FDM podgrzewa termoplastyczny filament i wytłacza go przez dyszę na platformę roboczą.
- Adhezja warstw: Wytłaczany materiał łączy się z poprzednią warstwą, gdy się schładza i twardnieje.
- Budowanie: Proces wytłaczania i układania warstw jest powtarzany zgodnie z instrukcjami G-code, aż do wydrukowania całego obiektu.
Materiały stosowane w druku 3D FDM
FDM jest kompatybilny z wieloma materiałami termoplastycznymi. Do najczęściej stosowanych materiałów należą:
- PLA (kwas polimlekowy): Biodegradowalny i ekonomiczny termoplastyk, łatwy w druku, ale o niskiej wytrzymałości i trwałości. PLA jest często preferowany ze względu na jakość wizualną i łatwość użytkowania, co sprawia, że jest odpowiedni do prototypowania i projektów hobbystycznych.
- ABS (akrylonitryl-butadien-styren): Trwały plastik stosowany w różnych codziennych przedmiotach. Choć bardziej wytrzymały niż PLA, ABS jest trudniejszy w druku i bardziej podatny na wypaczenia.
- Nylon (poliamid, PA): Znany ze swojej wytrzymałości i trwałości, nylon jest często używany w zastosowaniach wymagających solidnych części, takich jak protezy i obudowy.
- PETG (politereftalan etylenu z dodatkiem glikolu): Wszechstronny termoplastyk powszechnie stosowany w prototypowaniu opakowań ze względu na praktyczność.
- TPU (poliuretan termoplastyczny): Materiał gumopodobny, przydatny do prototypowania uszczelek i elementów uszczelniających.
Oprócz tych materiałów, bardziej zaawansowane tworzywa, takie jak PEEK, PEI oraz filamenty wzmacniane włóknem węglowym, są również stosowane w druku 3D FDM, rozszerzając jego zastosowania w wymagających branżach, takich jak lotnictwo i motoryzacja.
Zalety druku 3D FDM
FDM oferuje wiele korzyści, które przyczyniają się do jego popularności:
- Koszt-efektywność: FDM jest uważany za jedną z najtańszych technologii druku 3D, zwłaszcza do prototypowania i produkcji małoseryjnej. Stosowane materiały są również stosunkowo tanie i łatwo dostępne.
- Łatwość użytkowania: Drukarki FDM są stosunkowo proste w obsłudze i konserwacji, co czyni je odpowiednimi zarówno dla początkujących, jak i zaawansowanych użytkowników.
- Różnorodność materiałów: FDM jest kompatybilny z szeroką gamą materiałów termoplastycznych, oferując wszechstronność pod względem właściwości mechanicznych, kolorów i wykończeń.
- Szybki czas realizacji: Drukarki FDM mogą produkować części stosunkowo szybko, z krótszymi czasami realizacji w porównaniu do niektórych innych metod druku 3D.
Wady druku 3D FDM
Pomimo wielu zalet, FDM ma również pewne ograniczenia:
- Anizotropia: Części drukowane metodą FDM są anizotropowe, co oznacza, że wykazują różne właściwości mechaniczne w różnych kierunkach ze względu na warstwową strukturę.
- Widoczne linie warstw: Ze względu na proces drukowania warstwa po warstwie, obiekty drukowane metodą FDM często mają widoczne linie warstw, które mogą wymagać obróbki końcowej w celu uzyskania gładszego wykończenia powierzchni.
- Ograniczona szczegółowość i precyzja: FDM ma trudności z tworzeniem skomplikowanych detali i ostrych krawędzi ze względu na ograniczenia procesu wytłaczania.
Zastosowania druku 3D FDM
FDM znajduje zastosowanie w szerokim zakresie branż i dziedzin:
- Prototypowanie: FDM jest szeroko stosowany do szybkiego prototypowania ze względu na swoją szybkość, przystępność cenową i zdolność do tworzenia funkcjonalnych prototypów.
- Produkcja: Chociaż tradycyjnie używany do prototypowania, FDM jest coraz częściej stosowany do niskonakładowej produkcji części końcowego użytku, takich jak uchwyty, mocowania i narzędzia, zwłaszcza w branżach takich jak lotnictwo i motoryzacja.
- Edukacja: Drukarki FDM stają się coraz bardziej powszechne w środowiskach edukacyjnych, zapewniając studentom praktyczne doświadczenie w projektowaniu 3D i drukowaniu.
- Medycyna: FDM okazuje się cenny w medycynie, umożliwiając tworzenie niestandardowych protez, modeli medycznych do planowania chirurgicznego, a nawet spersonalizowanych urządzeń medycznych.
Podsumowanie
Druk 3D FDM to wszechstronna i dostępna technologia wytwarzania przyrostowego, która zrewolucjonizowała prototypowanie i szybko rozszerza swoje zastosowanie w produkcji oraz innych sektorach. Pomimo pewnych ograniczeń, jego przystępność cenowa, łatwość obsługi oraz szeroka kompatybilność materiałowa sprawiają, że jest popularnym wyborem w wielu aplikacjach. Wraz z postępem technologicznym możemy oczekiwać dalszych ulepszeń w druku FDM, prowadzących do lepszej jakości wydruków, szybszego tempa pracy oraz jeszcze bardziej innowacyjnych zastosowań w przyszłości.
Zainteresowany możliwościami druku 3D FDM? Zanurz się głębiej w świat wytwarzania przyrostowego dzięki naszym kompleksowym przewodnikom po druku żywicznym i druku SLA. Niezależnie od tego, czy jesteś hobbystą, który chce udoskonalić swoje umiejętności, czy profesjonalistą szukającym optymalizacji procesów produkcyjnych, nasze artykuły oferują szczegółowe informacje i porównania, które pomogą Ci wybrać najlepszą technologię druku 3D do Twoich potrzeb.
