Урок 8.1Придать формуГлава 8 · Аддитивное производство

FDM (моделирование методом наплавления)

Выдавливает расплавленную пластиковую нить через движущееся сопло (экструзия материала)

FDM (fused deposition modeling, также называется FFF) создаёт деталь, продавливая расплавленный пластик через тонкое сопло слой за слоем. Это настольный 3D-принтер, на котором печатают подставки для телефонов, игрушечные фигурки и запасные ручки. Он важен тем, что превращает цифровой файл в настоящую пластиковую деталь за часы, без формы и оснастки.

Фото: HRostamani, CC BY-SA 4.0, через Wikimedia Commons

Принтер FDM, вид сбоку: путь филамента, хотэнд, слои и поддержкиЦифры в кружках соответствуют шагам ниже; слои нарисованы намного толще, чем на самом деле.

FDM (моделирование методом наплавления) за минуту от MecMade

Как это работает

Нарезать модель. Программа, называемая слайсером, режет 3D-модель на тонкие горизонтальные слои. Затем она записывает траекторию (точный маршрут, по которому сопло пройдёт в каждом слое).
Подать филамент. Подающие шестерни захватывают пластиковую нить — филамент, обычно толщиной 1,75 мм, — и равномерно проталкивают её в хотэнд.
Расплавить его. Нагревательный блок разогревает пластик примерно до 190–260 °C, в зависимости от материала. Он размягчается до густой пасты, как тёплая зубная паста.
Нарисовать один слой. Головка движется по X и Y и укладывает через сопло валик, обычно шириной 0,4 мм. Сначала она обводит наружные стенки, затем заполняет внутренность редким рисунком, называемым заполнением.
Подняться на шаг и повторить. Стол опускается (или головка поднимается) на высоту слоя, обычно 0,1–0,3 мм. Следующий слой сплавляется с ещё тёплым слоем под ним — и так сотни раз.
Снять и зачистить. Когда деталь остыла, её снимают со стола. Поддержки (временные леса, напечатанные под нависаниями) отламываются, а поверхность можно шлифовать или красить.

Ключевые факты

Материалы: Термопласты (пластики, размягчающиеся при нагреве): PLA, PETG, ABS, ASA, гибкий TPU, нейлон, поликарбонат, марки с волокнистым наполнителем; PEEK и ULTEM на промышленных машинах
Типичные детали: Прототипы, корпуса, кронштейны, приспособления и оснастка, запасные части, демонстрационные модели
Размер детали: Обычно до около 25 см по стороне на настольных принтерах; промышленные машины достигают примерно 1 м
Точность: Около ±0,2–0,5 мм (несколько десятых миллиметра); лучше на промышленных машинах
Качество поверхности: Видимые линии слоёв и рифлёная матовая поверхность; гладкая только после шлифовки, шпатлёвки или покрытия
Подходящая партия: От 1 до нескольких сотен деталей; фермы из множества принтеров дают больше
Стоимость оснастки и оборудования: Оснастка не нужна; настольные принтеры стоят от нескольких сотен до нескольких тысяч долларов, промышленные системы — от десятков до сотен тысяч
Скорость: Медленно: меньше часа для небольшой защёлки, сутки и более для крупной детали

Сильные стороны и ограничения

Сильные стороны

Самый дешёвый и доступный способ сделать пластиковую деталь из файла
Оснастки нет, поэтому изменение конструкции ничего не стоит
Настоящие конструкционные пластики, в том числе прочные, жаростойкие и гибкие
Редкое заполнение даёт лёгкие детали с экономией материала

Ограничения

Видимые линии слоёв и шероховатая поверхность
Слабее между слоями, чем вдоль них (анизотропия: прочность зависит от направления)
Нависания требуют поддержек, которые оставляют следы
Медленно, и стоимость детали почти не падает с ростом тиража

Где применяется

Проектирование изделийКонцептуальные модели и рабочие прототипы корпусов, защёлок и ручек
ПроизводствоПриспособления, оснастка, калибры и нестандартные захваты для сборочных линий
Авиация и автомобилестроениеПрототипы, оснастка и малосерийные детали интерьера из огнестойких пластиков
ЗдравоохранениеАнатомические модели для планирования операций, индивидуальные ортопедические детали
Образование и хоббиШкольные проекты, реквизит для косплея, бытовые запасные части

Как узнать процесс

Тонкие горизонтальные рёбра на каждой боковой стенке, как стопка тонких нитей (линии слоёв).
Эффект «лесенки» на пологих или изогнутых верхних поверхностях.
Небольшой шов или бугорок там, где каждый слой начинался и заканчивался, часто выстроенные по вертикали.
Шероховатые участки или огрызки под нависаниями, где отломали поддержки, и одна очень плоская нижняя грань, лежавшая на столе.

Сравните с

Стереолитография8.2отверждает жидкую смолу светом, а не плавит пластик; гораздо более тонкие детали и гладкие поверхности, но более грязная постобработка.Селективное лазерное спекание8.3спекает нейлоновый порошок лазером; без поддержек и с более прочными равномерными деталями, но машины гораздо дороже.Литьё под давлением2.1впрыскивает пластик в стальную форму; гораздо дешевле на деталь при больших объёмах, но форма стоит тысячи долларов и делается неделями.

Смотрите

3Dnatives · Принцип FDM для начинающих

Protolabs · Когда FDM подходит для прототипа, с советами по проектированию

Protolabs · Деталь растёт слой за слоем, ускоренная съёмка

Strange Parts · Огромная ферма принтеров делает детали в производстве

Смотреть реальные фото

Википедия: моделирование методом наплавления — схемы экструзионной головки, фотографии принтеров и напечатанных деталей
Поиск фотографий в Wikimedia Commons

Запомните

FDM плавит пластиковую нить и рисует деталь валик за валиком, слой за слоем.
Это самый дешёвый путь от файла к настоящей пластиковой детали, но он медленный и оставляет линии слоёв.
Детали слабее всего между слоями, поэтому ориентируйте печать так, чтобы нагрузки шли вдоль слоёв.