FDM (Frequency Division Multiplexing), FFF 3D-печать

  • автор:

FDM (Frequency Division Multiplexing) — моделирование методом послойного наплавления. Как то сложно?

Большинство читателей этого сайта наверняка знакомы с настольными 3D-принтерами всех форм и размеров. Они приобрели нечто большее, чем мимолетное знакомство с технологией 3D-печати.

Тем не менее, немного дополнительных знаний никогда не повредит никому. В этой статье мы вернемся к основному подходу к определению технологии моделирования методом послойного наплавления (FDM).

Это одна из технологий 3д печати. Она лежит в основе огромного количества настольных 3D-принтеров. Это также идеальный вводный материал для начинающих, которые хотели бы заняться 3D-печатью в качестве хобби.

Что такое FDM (FFF)

Что такое FDM (FFF)?

FDM (Fused Depsition Modelling — моделирование методом послойного наплавления) представляет собой аддитивный процесс. Также иногда технологию переводят как моделирование плавленого осаждения. Материал сплавляется вместе слой за слоем для создания трехмерного объекта.

Сообщество RepRap создало FFF. Чтобы люди могли обсуждать технологию, не опасаясь посягать на товарные знаки. Поскольку технология была первоначально разработана Stratysys Inc. под торговой маркой FDM.

Она стала популярной с 1980-х годов. Термин «моделирование методом послойного наплавления» и связанная с ним аббревиатура были зарегистрированы торговой маркой Stratasys в 1992 году.

И теперь широко используется для дешевого и легко настраиваемого быстрого прототипирования. В настоящее время термины FDM и FFF просто взаимозаменяемы.

FDM (FFF) – применяемые материалы

Источник: https://medium.com/@plus_socialgood

FDM (FFF) – применяемые материалы

В принтерах FDM используется термопластичная нить, которая плавится чуть выше температуры стеклования. Поток и температура расплавленной нити контролируются экструзионной системой и горячим соплом. Сопло движется вокруг печатного слоя вдоль рисунка, определяемого конструкцией печатаемого объекта.

Существует много факторов, которые необходимо учитывать для получения хорошего качества печати с использованием технологии FDM. Но печать FDM обычно считается долговечной и стабильной по размерам.

Моделирование методом послойного наплавления занимает лидирующее положение по сравнению со всеми другими методами 3D-печати. Благодаря простоте использования, точности и повторяемости.

Разработка очень компактных и простых в установке настольных 3D-принтеров послужила дальнейшему росту популярности технологии FDM. В настоящее время 3D-принтеры FDM доминируют на рынке 3D-печати.

FDM (FFF) - как это работает

Источник: https://www.3dhubs.com

FDM (FFF) — как это работает?

Понимание процесса печати FDM легче, когда он разбит на функционально различные этапы. Как и в случае большинства сложных процессов.

Дизайн

Процесс печати FDM начинается с 3D-дизайна. Например, созданного в программном обеспечении автоматизированного проектирования (CAD). Однако большинство 3D-принтеров понимают модель, хранящуюся в формате STL.

На самом деле стандартного определения аббревиатуры STL не существует. Хотя его чаще всего называют «стандартным языком треугольников». Или «стандартным языком тесселяции».

Файл STL содержит данные о геометрии поверхности трехмерного объекта. А также другие атрибуты, такие как количество заливки и текстура. Которые могут быть изменены пользователем.

В настоящее время существует практически тысячи бесплатных файлов STL. Их можно загрузить с различных веб-сайтов. Конструкции варьируются от простых объектов, таких как подставки для бутылок и открывалки для бутылок.

До более сложных. Таких как перетасовщик карточных колод или модель R2-D2 в натуральную величину. Эти бесплатные модели идеально подходят для новичков, которые только начинают овладевать 3D-печатью. И хотят просто начать печатать интересные вещи.

Файл STL должен обрабатываться программой нарезки, которая разделяет модель на горизонтальные «срезы». Количество срезов может быть отрегулировано пользователем. И будет определять разрешение конечного отпечатка.

Имея высокое разрешение печати с более тонкими ломтиками, он создаст более прогностическую печать. Но, безусловно, займет больше времени, чтобы закончить процесс.

В зависимости от конструкции опорные конструкции могут быть добавлены на этом этапе. При печати FDM могут потребоваться опорные конструкции для конструкций с большим количеством выступающих структур. В связи с тем, что это аддитивный процесс, который происходит снизу-вверх.

Материал для этих структур поддержки обычно отличается от материала, используемого для фактической печати. Так как эти структуры поддержки в конечном счете должны будут быть удалены. Это означает, что для печати проектов с интегрированными вспомогательными структурами потребуется 3D-принтер с возможностью двойной экструзии.

Экструзия

Во время печати материал нити непрерывно разматывается со своей катушки и подается в систему экструзии. Экструзионная система состоит из экструдера и сопла hot-end (горячий конец). Чтобы отличать экструдер от горячего конца, его иногда называют cold-end (холодным концом).

Экструдер отвечает за доставку нити на горячий конец. И выполняет важную роль, обеспечивая постоянную и постоянную ретрансляцию нити.

Настройки экструдера могут быть настроены пользователем для контроля скорости процесса печати. Это иногда необходимо, чтобы избежать общих проблем. Таких как нанизывание или образование капель. Механизм экструдера дает возможность втягивать нить. Что обычно происходит, когда горячий конец должен проходить через большие зазоры в течение печати.

В экструдере есть три основных элемента:

— натяжной ролик,

— приводной механизм,

— шаговый двигатель.

Шаговый двигатель обеспечивает мощность для вращения ведущей шестерни, которая захватывает нить с помощью своих кончиков или зубьев.

Холостой ход — это, по сути, просто поверхность, на которую ведущий механизм толкает нить, чтобы схватить ее. Существует несколько вариантов конструкций экструдеров для различных 3D-принтеров. Например, с двумя приводами вместо комбинации привода и холостого хода. В любом случае, основная функция системы экструдера остается прежней.

Нить из экструдера проходит небольшое расстояние до сопла горячего конца. Горячий конец также состоит из нескольких частей. Наиболее важными из которых являются сопло и нагревательный патрон.

Сопло экструдера

Нагревательный патрон, обычно сделанный из керамического материала, отвечает за подачу тепла к соплу. Он крепится вокруг сопла для обеспечения максимального контакта. И проводит тепло через высокопроводящий материал, такой как алюминий.

Большинство 3D-принтеров поставляются со стандартным соплом из латуни. Хотя его можно заменить более стойкими к истиранию материалами, такими как нержавеющая сталь. При использовании абразивного материала накаливания, такого как поликарбонат или древесная нить, может потребоваться замена.

В установку сопла горячего конца включены термисторы или термопары. Они отвечают за обнаружение и контроль температуры горячего конца. Они играют очень важную роль в поддержании правильной температуры печати. Которая, в свою очередь, влияет на качество печати и адгезию слоя.

Отложение

Сопло горячего конца экструдирует расплавленный материал нити в виде тонких прядей, которые осаждаются на печатном слое. Позициями как сопла, так и основания можно управлять с помощью компьютера. Он переводит размеры трехмерного дизайна в положения x, y и z, которые занимают сопло или основание в процессе печати.

Трехмерный объект строится слой за слоем в соответствии с толщиной каждого среза. Который предварительно определен программным обеспечением. Когда слой закончен, следующий слой начинается либо с сопла, движущегося вверх, либо с печатной платформы, движущейся вниз.

По мере того, как каждый слой осаждается, он остывает и связывается со слоем под ним. Охлаждение материала также укрепляет его, обеспечивая структурную поддержку для следующих слоев.

Этот цикл продолжается до тех пор, пока печать не будет завершена. В зависимости от размера и сложности дизайна, одна печать FDM может занять несколько часов. А иногда и более 24 часов.

Факторы, которые следует учитывать при печати FDM (FFF)

К сожалению, печать FDM часто не является готовым решением для физического воплощения 3D-дизайна. В зависимости от сложности дизайна, конкретной модели 3D-принтера, нити, с которой вы работаете, и свойств, которые вы хотите использовать для печати, для успешной FDM-печати необходимо выполнить множество настроек.

Параметры принтера

Источник: http://www.directindustry.com

Параметры принтера

Есть несколько важных параметров принтера, которые определяются пользователем. Наиболее важными из этих параметров являются температура печати, скорость печати, температура слоя (для нагретых слоев), скорость охлаждающего вентилятора и высота слоя. Большинство из них определяются материалом, с которым вы работаете.

Например, PLA печатает оптимально при температуре около 205° C. В то время как ABS печатает лучше при более высокой температуре 230° C.

Температура нагреваемого слоя также соответственно увеличивается. При этом ABS требует более горячего печатного слоя, чем PLA. Скорость печати или скорость экструзии в основном определяется свойствами потока конкретной нити, с которой вы работаете.

Вы можете использовать или не использовать охлаждающий вентилятор. В зависимости от склонности материала нити к деформации. Не существует единого решения, подходящего для всех.

И для вас будет лучше прочитать подробные руководства по нити, чтобы получить наилучшие параметры печати. Даже иногда методом проб и ошибок придется осваивать эту технологию.

Выбор высоты слоя при печати FDM чаще всего является выбором дизайна. Меньшая высота слоя может быть реализована, если приоритетом дизайнера является создание отпечатка с превосходной эстетикой и с лучшим разрешением.

Визуальные преимущества небольшой высоты слоя становятся еще более заметными при печати дизайнов с большим количеством изогнутых поверхностей.

С другой стороны, более высокая высота слоя придает объекту большую механическую прочность. Это может иметь решающее значение при печати объектов, которые должны быть функциональными. Таких как петли и рычаги.

Более высокая высота слоя также дает тот же отпечаток с использованием меньшего количества материала. Что приводит к экономии затрат. Типичные отпечатки FDM используют высоту слоя от 50 до 400 мкм.

Заполнение и толщина оболочки

Говоря об экономии средств, отпечатки, использующие технологию FDM, обычно не имеют сплошного внутреннего сечения. Чтобы сохранить материал накаливания, дизайнер может выбрать заполнение низкой плотности или более тонкую наружную стенку (называемую оболочкой).

При выборе низкого значения для заполнения (скажем, около 25%) принтер FDM создает внутри объекта регулярную структуру, плотность которой определяется конкретными настройками заполнения, которые реализовал пользователь.

Шаблон заполнения также может быть изменен. И пользователь может выбирать между прямоугольными, треугольными, волнистыми или сотовыми узорами. Каждый рисунок имеет свои преимущества с точки зрения прочности, гибкости, скорости печати и количества используемой нити.

Очевидно, что выбор толщины оболочки и плотности заполнения является компромиссом между прочностью конструкции и экономией средств. Для ранних прототипов, которые не обязательно должны быть функциональными, могут использоваться значения, составляющие всего 10% заполнения с толщиной оболочки 0,8 мм.

В большинстве программ FDM используются значения по умолчанию: заполнение 25% и толщина корпуса 1 мм. Что представляет собой компромисс между средней прочностью и механической прочностью и количеством используемой нити.

Адгезия слоя

Адгезия между последовательными слоями отпечатка FDM является важным фактором, определяющим его общую прочность. В процессе печати расплавленная нить ложится на предыдущий слой.

Что приводит к частичному переплавлению предыдущего слоя из-за температуры нового слоя. В результате этого процесса каждый слой становится связанным со слоем под ним.

Однако сила этого связывания, по сути, будет ниже, чем прочность исходного материала. Это означает, что направление Z любой печати FDM всегда будет слабее, чем направления X или Y.

Это важный факт, который нужно учитывать. Особенно при печати функциональных объектов. Испытания показали, что предел прочности любого отпечатка FDM вдоль оси X и Y примерно в 4 раза выше, чем предел прочности на оси Z.

Объекты, сделанные с помощью печати FDM, также будут иметь волнистые поверхности. Независимо от того, какую высоту слоя вы устанавливаете. Это естественное следствие процесса печати. Когда отдельные нити накала укладываются друг на друга.

Таким образом, каждый слой состоит из нити накала, которая имеет приблизительно круглую форму. Что приводит к появлению гребней и выемок на готовой поверхности.

Неровная поверхность, присущая всем отпечаткам FDM, несколько ограничивает применение объектов, созданных с использованием FDM. Объекты с FDM-печатью в основном не подходят для длительного хранения продуктов. Так как эти небольшие надрезы трудно полностью очистить. В результате чего они станут основной почвой для размножения бактерий.

Деформация

Деформация — это обычное явление при печати FDM. Обычно происходит на первом слое, приклеенном к печатному слою. Когда первый слой укладывается на поверхность, он автоматически начинает остывать.

Однако воздействие внешних слоев на более холодную среду приводит к его охлаждению с большей скоростью по сравнению с внутренними слоями. Это неравенство в скорости охлаждения (и последующего теплового сжатия) приводит к деформации слоя, проявляющейся в изгибе вверх самых внешних слоев.

Самым простым средством против деформации является использование нагретого слоя. Он поддерживает температуру первого слоя равномерной на протяжении всего процесса печати. Хорошая адгезия к кровати также важна для предотвращения перемещения первого слоя во время печати.

Существуют различные методы адгезии к кровати. Некоторые из которых легко доступны. Такие как клейкая лента или синяя малярная лента. Опять же, выбор настроек температуры слоя и метода адгезии к слою во многом определяется материалом нити, с которым вы работаете.

Обработка

Обычно требуется некоторая дополнительная обработка, чтобы получить более качественные результаты. Из-за неровной поверхности готовых отпечатков FDM.

Наиболее распространенным вариантом отделки для получения гладкой поверхности является шлифовка и полировка. С использованием комбинации наждачной бумаги, шлифовального круга и пластикового полирующего состава.

Сглаживание также может быть достигнуто с помощью растворителя, совместимого с материалом печатаемого объекта, такого как ацетон для АБС. Некоторые дизайнеры даже использовали металлическое покрытие для отделки своих отпечатков FDM. Придавая им великолепную металлическую отделку и одновременно обеспечивая внешний защитный слой.

Постобработка может также включать удаление вспомогательных материалов, как упоминалось ранее. В зависимости от используемого материала подложки этот этап может быть таким простым, как погружение готового отпечатка в воду. Или использование специального растворителя для расплавления материала подложки.

Вы также можете сделать опорные конструкции из нерастворимого материала (например, если у вас нет двойного экструдера).

Каковы преимущества FDM (FFF)?

Главное преимущество FDM как технологии 3D-печати — это непревзойденный уровень популярности. Рост числа пользователей принтеров FDM привел к появлению настольных 3D-принтеров. Которые довольно дешевы и просты в использовании.

Пакеты программного обеспечения, поставляемые с этими настольными 3D-принтерами, также становятся все более легкими в освоении. Благодаря такому количеству интерактивных руководств, бесплатных 3D-моделей и обучающих видео технология FDM стала очень доступной для обычного человека.

Эта популярность также привела к богатству выбора материалов нитей. Начиная от стандартных PLA и ABS для более экзотических. Таких как металл-проникнутых нитей и светящиеся в темноте нитей.

Вы хотите сделать 3D-печать, которая выглядит как дерево? У нас есть-таки нить для этого! Как насчет того, чтобы пахло кофе? Есть также нить для этого!

С промышленной точки зрения, печать FDM имеет большое значение в области быстрого прототипирования. Принтеры FDM могут быстро и экономически эффективно реализовывать прототипы.

Будучи чрезвычайно простыми в использовании. За исключением некоторых деталей, печать FDM также является относительно безотходным методом.

Рынок FDM-принтеров и аксессуаров за последние пару лет сильно вырос. Любой, кто хочет заняться печатью FDM в качестве хобби, скорее всего найдет установку, которая подходит для его или ее бюджета и уровня квалификации.

Мы находимся в состоянии, когда не можем представить, чтобы какая-либо другая технология 3D-печати догоняла эту по популярности и доступности.

Каковы ограничения FDM (FFF)?

Будучи быстрым и дешевым методом быстрого прототипирования, FDM имеет свои ограничения в отношении качества деталей, которые он может производить. Основным ограничением является диаметр сопла горячего конца.

Печать FDM не подходит для очень сложных конструкций. Неровная поверхность готовых отпечатков FDM также может быть довольно проблематичной. Поскольку необходимая постобработка дополнительно увеличивает время оборота для прототипов FDM.

Как уже упоминалось, отпечатки FDM имеют естественно более низкую прочность по оси Z. Это серьезно ограничивает применение отпечатков FDM. Поскольку на них нельзя полагаться при создании объектов, которые рассчитаны на то, чтобы выдерживать высокие удары или устойчивые нагрузки.

Это означает, что технология FDM больше подходит для создания элементов дизайна. Объектов, которые хорошо выглядят, но не обязательно работают функционально хорошо.

Что ждет в будущем печать FDM (FFF)?

Мы можем только представить, что технология печати FDM будет продолжать расширяться и развиваться. С такой-то большой базой рынка! По мере совершенствования технологий мы можем представить, что настольные 3D-принтеры станут меньше и дешевле.

Выбор материалов накаливания постоянно расширяется. Вероятно, будет продолжать расти. И будет включать в себя более полезные варианты. Такие как высокопроводящие нити, настоящие прозрачные нити и более долговечные нити.

Мы с нетерпением ждем будущего, когда печать FDM будет в основном использоваться для создания действительно полезных и практичных объектов. А не объектов новизны, которые обычно используются сегодня.

Возможно, будут разработаны принтеры с мультиматериальными возможностями. Которые позволят нам создавать сложные объекты.

Возможно, пользователи также продемонстрируют повышение квалификации. И позволят человеческой изобретательности преодолеть ограничения технологии FDM. При таком количестве возможных применений потенциал роста и развития FDM-печати практически безграничен.

Последние мысли

Печать FDM — самая популярная и широко используемая технология 3D-печати сегодня. Причем, с большим отрывом. С выпуском компактных и доступных настольных 3D-принтеров даже обычный человек может увлечься 3D-печатью. Богатство онлайн-ресурсов и руководств способствовали росту технологии FDM. А также широкий выбор материалов накаливания.

Несмотря на широкое использование, технология FDM все еще имеет свои ограничения. Отпечатки не получаются гладкими. Процесс занимает много времени. А распечатки не всегда структурно устойчивы.

Однако гибкость и экономическая эффективность технологии сделали ее ценным инструментом в индустрии быстрого прототипирования.

С таким большим количеством приложений и растущим ростом популярности мы ожидаем, что технология FDM будет развиваться и дальше. На данный момент маловероятно, чтобы другая технология 3D-печати заняла первое место. Печать FDM (FFF) здесь, чтобы остаться.

Все новости в наших группах: вконтакте, twitter, facebook