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Fused Deposition Modeling (FDM), auch bekannt als Fused Filament Fabrication (FFF), ist derzeit eine der beliebtesten und am weitesten verbreiteten 3D-Drucktechnologien. Es wird für seine relativ günstigen Kosten, seine Benutzerfreundlichkeit und seine Kompatibilität mit einer Vielzahl von Materialien gelobt. Wie funktioniert der FDM-3D-Druck? In diesem Artikel möchten wir Ihre verschiedenen Fragen beantworten.LS führt Sie in den grundlegenden Funktionsmechanismus des Fused Deposition Modeling ein, von der Materialvorbereitung über die schichtweise Abscheidung bis hin zur Herstellung des Endprodukts und zeigt dem Leser eine klare und umfassende technische Perspektive. Darüber hinaus werden wir uns auch mit den Stärken und Schwächen der FDM-Technologie sowie ihrer praktischen Anwendung in verschiedenen Branchen befassen, mit dem Ziel zu zeigen, wie diese Technologie weiterhin Innovation und Fortschritt in der Fertigungsindustrie fördern kann.

Wie funktioniert Fused Deposition Modeling (FDM)?

DasFunktionsprinzip des Fused Deposition Modeling (FDM)Die 3D-Drucktechnologie ist relativ einfach und effizient. Im Folgenden finden Sie den detaillierten Arbeitsprozess:

1. Vorbereitende Vorbereitung:

• Zuerst benötigen Sie eine3D-gedrucktes Modelldes Zielobjekts. Bevor sie erstellt werden, sollten diese Modelle geteilt und zusammengefügt werden, und dann sollten die entsprechende Farbe oder Textur und andere Informationen als Rendering-Effekt entsprechend den Anforderungen der verschiedenen Szenen ausgewählt werden. Das Modell kann mit Hilfe eines speziellen3D-Modellierungswerkzeugoder aus vorhandenen Daten, die im Internet verfügbar sind.
• Im nächsten Schritt werden wir mit Hilfe einer Slicing-Software das 3D-Modell in eine Reihe von Anweisungen umwandeln, die der 3D-Drucker erkennen kann. Im Slicing-Schritt wird das Modell horizontal in dünne Schichten unterteilt und eine G-Code-Datei mit detaillierten Daten wie Druckpfad und Extrusionsgeschwindigkeit generiert.
• ImMaterialauswahl von FDM-Druckern (Fused Deposition Molding), gängige Druckmaterialien sind PLA, ABS, PETG und andere thermoplastische Filamente. In der realen Produktion können Anwender je nach Bedarf verschiedene Arten von Kunststoffen als Druckmaterialien auswählen. Die Wahl des Materials richtet sich nach der Anwendungsumgebung, in der sich das Endprodukt befindet, und den erforderlichen physikalischen Eigenschaften.

2.Über die Schritte zum Drucken:

• DasBedarf an Druckernum die Druckplattform und die Extrusionsdüse auf eine vorgegebene Temperatur zu erhitzen. Wenn die Temperatur erreicht ist, wird die Plattform beheizt, um sie für einen bestimmten Zeitraum auf dieser Temperatur zu halten. Die Erwärmung der Plattform hilft, ein Verziehen des Modells zu vermeiden, während die Erwärmung der Düse dafür sorgt, dass der Draht sanft schmilzt.
• Während der Extrusion und Abscheidung des Materials führt das Drahtvorschubsystem den Draht in einen beheizten Extruder ein, der dann in der Düse geschmolzen und extrudiert wird. Die Größe der Düse wird durch Steuerung der Drehung und Verschiebung der Düse durch den Schrittmotor eingestellt, so dass das geschmolzene Material gleichmäßig auf die Formoberfläche gesprüht wird.Befolgen Sie die Anweisungen des G-Codes,Der Druckkopf bewegt sich präzise in der X- und Y-Achse, so dass sich das geschmolzene Material Schicht für Schicht auf der Plattform absetzt und so die erste Schicht des Objekts bildet.
• Nachdem die erste Schicht aufgetragen wurde, senkt die Druckplattform die Höhe einer Schicht ab, und der Druckkopf fährt mit dem Auftragen der nächsten Materialschicht fort. Dabei kann jede Schicht wieder erhitzt und gekühlt werden. Jede Schicht ist dicht miteinander verblendet, umBilden Sie eine vollständige 3D-Einheit.
• Während des Abkühl- und Erstarrungsprozesses kühlt das geschmolzene Material schnell ab und verfestigt sich an der Luft, um seine gedruckte Form und Struktur beizubehalten.

3.Work später im Projekt darauf ein:

1. Bei Modellen mit Überhängen kann es erforderlich sein, Stützstrukturen einzubauen, die während derDruckverfahren.
2. Nach dem Druck ist es wichtig, diese Stützstrukturen vorsichtig zu entfernen, um das Erscheinungsbild des Modells nicht negativ zu beeinflussen. Nach dem Drucken kann die Oberfläche des Objekts delaminiert oder rau strukturiert erscheinen. Wir könnenSchleifen, Polieren oder chemische BehandlungTechniken zur Optimierung der Oberflächenqualität, um die Gesamtästhetik zu verbessern.

Was sind die Vorteile des FDM-Drucks?

Der FDM-Druck (Fused Deposition Modeling) bietet folgende Vorteile:

1. Niedrige Kosten

Bei der FDM-Technologie werden keine Laser verwendet, so dass die Betriebs- und Wartungskosten der Geräte niedrig sind und dieFormstoffesind überwiegend industrielltechnische Kunststoffe wie ABS und PC, die zudem geringe Kosten aufweisen. Daher verwenden die meisten Desktop-3D-Drucker derzeit die FDM-Technologie.

2. Eine breite Palette von Formmaterialien ist verfügbar.

Durch die obige Analyse wissen wir, dassThermoplastische Kunststoffe wie ABS, PLA, PC und PPkönnen als Formmaterial für den FDM-Weg verwendet werden. Dabei handelt es sich um gängige technische Kunststoffe, die leicht zu beschaffen und kostengünstig sind.

3. Die Umweltverschmutzung ist geringer.

Der gesamte Prozess umfasst nur das Schmelzen und Erstarren von thermoplastischen Kunststoffen und wird in einem relativ geschlossenen3D-Druck-Raum. Es handelt sich nicht um hohe Temperaturen oder hohen Druck, und es werden keine giftigen und schädlichen Substanzen freigesetzt. Daher ist es sehr umweltfreundlich.

4. Ausrüstung und Materialien sind kleiner.

3D-Drucker, die den FDM-Pfad verwenden, sind kleiner, und die Verbrauchsmaterialien sind gerollte Filamente, die leicht zu transportieren sind und für Büros, Wohnungen und andere Umgebungen geeignet sind.

5. Hohe Auslastung der Rohstoffe.

Form- und StützstoffeDie während des Gebrauchs nicht verwendet oder weggeworfen werden, können recycelt, verarbeitet und wiederverwendet werden, was die Nutzungseffizienz von Rohstoffen effektiv verbessern kann.

6. Die Nachbearbeitung ist relativ einfach.

Die meisten der derzeit verwendeten Stützmaterialien sind wasserlösliche Materialien, die sich relativ einfach abziehen lassen. Die Nachbearbeitung durch andere technische Wege erfordert oft eine Aushärtung und andere Hilfsmittel, FDM jedoch nicht.

Was sind die Grenzen von FDM?

Als gängige 3D-Drucktechnologie hat die FDM-Technologie (Fused Deposition Manufacturing) die Vorteile einer schnellen Fertigungsgeschwindigkeit, niedriger Kosten und einfacher Bedienung, hat aber auch einige Einschränkungen. Im Folgenden sind die wichtigstenEinschränkungen der FDM-Technologie:

1. Die Formzeit ist länger.

Da es sich bei der Bewegung der Düse um eine mechanische Bewegung handelt, ist die Geschwindigkeit während des Formprozesses begrenzt, so dass die Formzeit in der Regel lange dauert und nicht für die Herstellung großer Teile geeignet ist.

2. Stützmaterial ist erforderlich.

Stützmaterialien müssen während des Formprozesses hinzugefügt und nach dem Drucken abgezogen werden. Bei einigen komplexen Komponenten gibt es gewisse Schwierigkeiten beim Abschälen.

Darüber hinaus sind mit dem Fortschritt der Technologie einigeHersteller von 3D-DruckWir haben Modelle auf den Markt gebracht, die ohne Stützmaterial auskommen, und dieses Manko wird nach und nach überwunden.

Welche Materialien werden im FDM-Druck verwendet?

Beim FDM-Druck (Fused Deposition Manufacturing) werden hauptsächlich folgende Materialien verwendet:

• ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer):Es hat eine gute Festigkeit und Abriebfestigkeit und eignet sich zum Drucken von Teilen, die eine hohe Festigkeit und Haltbarkeit erfordern. Aufgrund der hohen Glasübergangstemperatur können die vonABS hat eine gute hohe Temperaturbeständigkeit. Es wird häufig in Automobilteilen, Haushaltsgerätegehäusen und anderen Bereichen verwendet.
• PLA (Polymilchsäure):Hergestellt aus nachwachsender Maisstärke mit guter biologischer Abbaubarkeit. Die von PLA gedruckten Teile haben eine glatte Oberfläche, die für den Druck von Modellen, Kunstwerken und anderen Produkten geeignet ist, die schön aussehen sollen. Im Vergleich zu ABS hat PLA jedoch eine geringere Festigkeit und Schlagfestigkeit und kann sich in Umgebungen mit hohen Temperaturen verformen.
• PETG (Polyester):Es hat eine gute Transparenz und chemische Beständigkeit sowie eine hohe Festigkeit und Zähigkeit. Es eignet sich zum Drucken von Funktionsteilen, die eine hohe Festigkeit und Haltbarkeit erfordern, wie z. B. mechanische Teile, Formen usw.
• TPU (Thermoplastisches Polyurethan):Ein Elastomer mit ausgezeichneter Elastizität und Flexibilität. Die mit TPU gedruckten Teile haben eine gute Verschleißfestigkeit und Reißfestigkeit, was für den Druck von Teilen geeignet ist, die eine hohe Elastizität und Haltbarkeit erfordern, wie z. B. Dichtungen, Gummiprodukte usw.
• PC (Polycarbonat):Es hat die Eigenschaften Schlagfestigkeit, hohe Zähigkeit, hohe Hitzebeständigkeit und chemische Korrosionsbeständigkeit. Es ist weit verbreitet in der Bauindustrie, Automobilindustrie, medizinischen Geräten, Luft- und Raumfahrt, elektronischen Geräten und anderen Bereichen.
• PP (Polypropylen) und simulierte Polypropylen-MaterialienEs ist ungiftig, geruchlos und seine Festigkeit, Steifigkeit, Härte und Hitzebeständigkeit sind höher als die von Polyethylen und kann bei etwa 100 °C verwendet werden. Das simulierte Polypropylen-Material simuliert die Vorteile von Polypropylen in Bezug auf Festigkeit und Hitzebeständigkeit und gleicht gleichzeitig die Mängel von Polypropylen in Bezug auf Zähigkeit und Sprödigkeit bei niedrigen Temperaturen aus.
• Synthetischer Kautschuk:Es hat eine hohe Elastizität, Isolierung, Luftdichtheit, Ölbeständigkeit, Hochtemperatur- oder Niedertemperaturbeständigkeit usw. Es eignet sich zum Drucken von Unterhaltungselektronik, medizinischen Geräten, Hygieneprodukten, Autoreifen und Isolierungen.
• PPSF (Polyphenylsulfon):Neue technische Kunststoffe, die für Arbeitsumgebungen mit hohen Temperaturen geeignet sind. Es kann großen Stößen standhalten und gleichzeitig Feuchtigkeit und hohen Temperaturen ausgesetzt bleiben, wodurch es für Materialien mit hoher Schlagzähigkeit, Spannungsrissbildung und chemischer Beständigkeit geeignet ist.
• PEI (Polyetherimid):Es hat perfekte thermische, mechanische und chemische Eigenschaften, eine hohe Festigkeit, eine hohe Verschleißfestigkeit und Dimensionsstabilität bei hohen Temperaturen. Ideal für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, in der Automobilindustrie und im Militär.

Wie schneidet FDM im Vergleich zu anderen 3D-Druckverfahren ab?

FDM (Fused Deposition Manufacturing) hat seine eigenen einzigartigen Vorteile und Einschränkungen im Vergleich zu anderen 3D-Druckverfahren. Hier ist ein Vergleich von FDM mitSLA (Stereolithographie), SLS (Selektives Lasersintern)und MJF (Multi Jet Fusion):

Zusammenfassung

Als weit verbreitete 3D-Drucktechnologie hat sich das Fused Deposition Modeling (FDM) als starke Anwendung erwiesenPotenzial und Wert in vielen Bereichen wie Produktdesign, Prototyping und Bildung. Wenn wir verstehen, wie sie funktioniert, welche Schlüsselelemente sie hat und wie sie optimiert werden kann, können wir diese Technologie besser nutzen, um unterschiedliche Anwendungsanforderungen zu erfüllen. Gleichzeitig ist es auch notwendig, dieEinschränkungen der FDM-Technologieund in der Praxis zu berücksichtigen und zu lösen.

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Häufig gestellte Fragen

1.Wie läuft das Fused Deposition Modeling ab?

Der Prozess des Fused Deposition Modeling (FDM) besteht darin, thermoplastische Materialien (wie ABS, PLA usw.) in Form von Filamenten in den 3D-Drucker einzubringen. Die Filamente werden in einer beheizten Düse aufgeschmolzen und Schicht für Schicht auf der Bauplattform nach voreingestellten 3D-Modelldaten abgelegt. Nachdem jede Schicht abgeschieden wurde, kühlt das Material schnell ab und verfestigt sich, um ein festes Teil zu bilden. Wenn die Bauplattform Schicht für Schicht absinkt (oder die Düse Schicht für Schicht aufsteigt), wiederholt sich der gesamte Vorgang, bis das gesamte Objekt vollständig gedruckt ist.

2.Wofür wird Fused Deposition Modeling verwendet?

Die FDM-Technologie ist aufgrund ihrer geringen Kosten, der einfachen Bedienung und der leichten Verfügbarkeit von Materialien in vielen Bereichen weit verbreitet. Es wird hauptsächlich für das Prototyping verwendet, um Designern und Ingenieuren zu helfen, die Machbarkeit und Funktionalität von Produktdesigns schnell zu überprüfen. Darüber hinaus wird FDM auch in der Fertigung und Herstellung von kundenspezifischen Teilen wie Autoteilen, Luft- und Raumfahrtkomponenten, medizinischen Geräten usw. verwendet. Da es je nach Bedarf angepasst werden kann, wird es auch häufig in den Bereichen Kunstschaffen und Bildung eingesetzt.

3.Wie funktioniert FDM?

Das Funktionsprinzip von FDM basiert auf dem Aufschmelzen und der schichtweisen Abscheidung von thermoplastischen Kunststoffen. Während des Druckvorgangs schmilzt eine beheizte Düse das thermoplastische Filament und extrudiert das geschmolzene Filament über einen computergesteuerten Pfad auf die Bauplattform. Die Filamente kühlen schnell ab und verfestigen sich bei Kontakt mit der Plattform und bilden eine Schicht des Objekts. Wenn sich die Düse bewegt und die Plattform Schicht für Schicht absenkt (oder die Düse Schicht für Schicht aufsteigt), wiederholt sich dieser Vorgang, bis das gesamte Objekt vollständig gedruckt ist.

4.Warum ist FDM derzeit die beliebteste 3D-Drucktechnologie?

FDM ist derzeit die beliebteste 3D-Drucktechnologie, vor allem, weil sie niedrige Kosten, Benutzerfreundlichkeit, Materialvielfalt und eine breite Palette von Anwendungen kombiniert und es einzelnen Benutzern, kleinen und mittleren Unternehmen und Bildungseinrichtungen leicht macht, diese Technologie anzunehmen und davon zu profitieren.

Ressource

1. Herstellung von geschmolzenen Filamenten

2. Oberflächenmodifikation von 3D-gedruckten PLA-Objekten durch Fused Deposition Modeling: Ein Rückblick

3. Mit Kohlenstoffnanoröhren verstärkter Polyvinylalkohol für die Modellierung der Schmelzabscheidung