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Fused Deposition Modeling - FDM 3D-Drucktechnologie, auch bekannt als Fused Filament Manufacturing - FFF 3D-Drucktechnologie, ist eine der beliebtesten additiven Fertigungstechnologien. Es ist bei weitem das beliebteste und am weitesten verbreitete3D-Druck-Technologiein der Welt.
Diese Technologie entstand im Jahr 2004 und hat sich seitdem in verschiedenen Bereichen durchgesetzt, und ihre Anwendungen haben auch verschiedene Bereiche abgedeckt.
Hier erklären wir in diesem Artikel, was genau diese Technologie ist.

Was ist Fused Deposition Modeling?

FDM-3D-Drucker sind für viele Menschen oft der erste Schritt in die Welt des 3D-Drucks. In Design, Konstruktion und Fertigung wird es häufig als Werkzeug verwendet, um Konzeptmodelle schnell zu validieren und Designteams dabei zu helfen, einen Konsens zu erzielen, bevor sie funktionale Prototypen weiterentwickeln.

Es gibt viele Arten von FDM-3D-Druckern mit unterschiedlichen Größen und Preisen. Die Einfachheit der Drucktechnologie und des Workflows machen es zu einer idealen Wahl für diejenigen, die neu im Bereich des 3D-Drucks sind, ohne zu viel Geld zu investieren, um loszulegen. Es ist jedoch erwähnenswert, dass FDM-Drucker bei ihrem Streben nach Teilequalität und -leistung oft Kompromisse eingehen. Für Anwender, die höhere Anforderungen an funktionale Leistung, Wasserbeständigkeit, isotrope oder glatte Oberflächen haben, sind SLA- und SLS-3D-Drucker möglicherweise die bessere Wahl.

Wie funktioniert der FDM-3D-Druck?

Einer der Gründe, warum das Fused Deposition Modeling eine der gebräuchlichsten 3D-Drucktechnologien ist, ist die Einfachheit des Prozesses. Der FDM-Prozess kann in die folgenden Schritte unterteilt werden.

Schritt 1: CAD-Konstruktion
Der erste Schritt ist der Designprozess, bei dem ein digitales 3D-Modell mit Hilfe von CAD-Software (Computer Aided Design) erstellt wird. Der Designprozess skizziert die Größe und Form des 3D-gedruckten Produkts.

Schritt 2: Schneiden

Sobald die CAD-Konstruktion abgeschlossen ist, wird eine spezielle Software verwendet, um das 3D-Modell in dünne Schichten zu zerlegen. Jede Schicht wird dann in Code umgewandelt, der den 3D-Drucker anweist, wie das Material abgeschieden werden soll.

Schritt 3: Verflüssigen

Das geschnittene CAD-Design wird an einen FDM-3D-Drucker gesendet, wo ein festes Baufilamentmaterial (in der Regel Acrylnitril-Butadien-Styrol oder Polymilchsäure) in einem Verflüssigungskopf bis zur Verflüssigung erhitzt wird.

Was sind die Vorteile von FDM?

Die Vorteile des Fused Deposition Modeling (FDM) zeigen sich vor allem in folgenden Aspekten:

• Niedrige Kosten:Das Gerät ist relativ erschwinglich und die Materialkosten sind niedrig, wodurch es für den Massenverbrauch und eine breite Anwendung geeignet ist.
  Einfach zu bedienen: ausgereifte Technologie, einfach zu bedienen, geeignet für Familien, Schulen und kleine Studios.
• Vielfältige Materialien:Unterstützt eine Vielzahl von thermoplastischen Materialien wie PLA, ABS usw., und Sie können das geeignete Material nach Ihren Bedürfnissen auswählen.
• Umweltfreundlich:Durch die Verwendung von ungiftigen oder wenig giftigen Materialien hat es nur geringe Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit.
• Die Stützstruktur ist einfach zu konstruieren:Wenn eine Stützstruktur erforderlich ist, ist sie relativ einfach zu konstruieren und leicht zu entfernen.
• Flexible Druckgröße:Die Druckgröße kann je nach Bedarf angepasst werden, um sich an verschiedene Anwendungsszenarien anzupassen.

Was sind die Grenzen von FDM?

Zu den Nachteilen des Fused Deposition Modeling (FDM) gehören vor allem folgende Aspekte:

1. Eingeschränkte Genauigkeit:Begrenzt durch Düsendurchmesser und Schichtdicke ist die Druckgenauigkeit relativ gering.
2. Erfordert Stützstrukturen:Beim Drucken komplexer oder hängender Strukturen ist es in der Regel notwendig, Stützstrukturen hinzuzufügen, was den Arbeitsaufwand für die Nachbearbeitung erhöht.
3. Schwache Festigkeit in Stapelrichtung:Da Objekte Schicht für Schicht gestapelt werden, ist die Festigkeit in Stapelrichtung in der Regel gering.
4. Relativ langsame Formgeschwindigkeit:Im Vergleich zu einigen anderen 3D-Drucktechnologien ist die Formgeschwindigkeit von FDM langsam.
5. Durchschnittliche Oberflächenqualität:Die Oberfläche des gedruckten Objekts kann Schichten oder Unebenheiten aufweisen.

Wie schneidet FDM im Vergleich zu SLA und SLS ab?

Im Folgenden finden Sie eine vergleichende Analyse der FDM- und SLA-, SLS- und SLM-Technologien:

Vergleichende Analyse zwischen FDM und SLA (Stereolithographie):

• Oberflächenqualität: Die SLA-Technologie nutzt die Laserverfestigung von flüssigem Harz, um Objekte Schicht für Schicht zu konstruieren, wodurch die Oberfläche der gedruckten Objekte im Allgemeinen eine glattere und zartere Textur aufweist. Mit traditionellen Laserformverfahren lassen sich bereits heute qualitativ hochwertige Produkte schnell herstellen. Da sich bei der FDM-Technologie hingegen geschmolzenes thermoplastisches Material Schicht für Schicht ansammelt, kann dies zu Texturen oder kleinen Unebenheiten in der Oberfläche führen.
• Kosten: Im Vergleich zu FDM sind die Kosten für Geräte und Materialien, die für die SLA-Technologie erforderlich sind, in der Regel teurer. Da SLA auf hochpräzise Lasergeräte und Flüssigharz setzt, basiert FDM hauptsächlich auf relativ einfacher Hotmelt-Extrusionstechnologie und thermoplastischen Materialien.

Vergleichende Analyse zwischen FDM und SLS (Selektives Lasersintern):

• Bei der SLS-Technologie werden Pulvermaterialien mit dem Laser zu Objekten gesintert. Durch diese natürliche Bindung zwischen den Pulvern sind beim Drucken komplexer Strukturen keine zusätzlichen Stützstrukturen erforderlich. Wenn FDM hängende oder komplexe Strukturen drucken muss, um eine hohe Druckqualität zu gewährleisten, werden in der Regel Stützstrukturen hinzugefügt. Daher zeigt SLS bei der stützenlosen Drucktechnologie größere Vorteile.
• In Bezug auf die Materialauswahl: Obwohl sowohl FDM als auch SLS eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien unterstützen können, ist SLS im Allgemeinen in der Lage, eine größere Vielfalt an Pulvermaterialien zu verarbeiten, einschließlich einiger Hochleistungspolymere und Metallpulver (obwohl der SLS-Druck von Metallpulvern teuer und technisch komplex ist).

Vergleichende Analyse zwischen FDM und SLM (selektives Laserschmelzen):

• Über die Anpassungsfähigkeit von Materialien: Die FDM-Technologie wird hauptsächlich zum Drucken von Kunststoffprodukten wie PLA, ABS usw. verwendet. Die SLM-Technologie verwendet hauptsächlich Laser, um Metallpulver zu schmelzen, um Objekte zu formen. Daher eignet sich diese Technologie besonders für die Herstellung von Metallteilen. SLM hat in diesen Bereichen seine unersetzlichen Vorteile durch seine Anforderungen an hohe Festigkeit, hohe Härte und hohe Korrosionsbeständigkeit unter Beweis gestellt.
• In unterschiedlichen Anwendungsszenarien gibt es aufgrund von Unterschieden in der Materialanpassungsfähigkeit deutliche Unterschiede in den Einsatzszenarien von FDM und SLM. FDM eignet sich besser für viele Bereiche wie Prototyping, Bildungsdisplays und Produktdesign. SLM eignet sich eher für die Luft- und Raumfahrt und die Medizin.

Welche Materialien werden im FDM-Druck verwendet?

Beim FDM-Druck (Fused Deposition Modeling) werden hauptsächlich die folgenden Arten von Materialien verwendet:

Material	Funktionen	Anwenden
PLA (Polymilchsäure)	Umweltfreundlich und abbaubar, gute Biokompatibilität, geringe Schrumpfung, leicht zu drucken, aber schlechte Hitzebeständigkeit	Bildung, Prototyping, Wohnkultur, Spielzeug usw.
ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer)	Hohe Festigkeit, gute Zähigkeit, gute Hitze- und Chemikalienbeständigkeit, aber beim Drucken leicht zu verziehen	Prototyping für Automobil, Elektronik, Luft- und Raumfahrt, Spielzeug usw.
PETG	Hohe Festigkeit, gute Zähigkeit, hohe Transparenz, bessere chemische Beständigkeit und Hitzebeständigkeit als PLA und mäßige Druckschwierigkeit	Verpackungen, Behälter, transparente Teile, Prototyping, etc
PC (Polycarbonat)	Hohe Festigkeit, hohe Zähigkeit, ausgezeichnete Hitzebeständigkeit und Schlagfestigkeit, aber schwer zu drucken	Elektronik, Autoteile, Sicherheitsschutzausrüstung usw.
PC-ABS	Durch die Kombination der Vorteile von PC und ABS hat es eine hohe Festigkeit, hohe Zähigkeit, Hitzebeständigkeit und chemische Beständigkeit	Automotive, Luft- und Raumfahrt, Elektronik und andere anspruchsvolle Bereiche
PPSF (Polyphenylsulfon)	Extrem hohe Hitzebeständigkeit (hohe Wärmeformbeständigkeit), gute chemische Beständigkeit und hervorragende mechanische Eigenschaften	Komponenten für Hochtemperaturumgebungen, chemische Verarbeitungsanlagen, Komponenten für die Luft- und Raumfahrt usw
Nylon 12	Starke Zähigkeit, gute chemische Beständigkeit, hohe Ermüdungsbeständigkeit, Unterstützung des wiederholten Snap-Matching-Tests	Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Konsumgüterindustrie und andere Komponenten, die eine hohe Festigkeit und chemische Beständigkeit erfordern

Was sind die besten Anwendungen für FDM?

Die Anwendungen von FDM (Fused Deposition Modeling) umfassen vor allem folgende Aspekte:

1. Prototyping:Die FDM-Technologie wird häufig verwendet, um schnell Produktprototypen herzustellen und Designern und Ingenieuren dabei zu helfen, Designkonzepte zu überprüfen, potenzielle Probleme zu identifizieren und Designs entsprechend zu optimieren.
2. Bildungsbereich:Im Bildungsbereich ist der FDM-3D-Drucker zu einem wichtigen Lehrmittel geworden. Die Studierenden können die 3D-Modellierungs- und Drucktechnologie durch praktische Operationen erlernen und innovatives Denken und praktische Fähigkeiten kultivieren.
3. Herstellung:In der Fertigung wird die FDM-Technologie für die Kleinserienfertigung und die kundenspezifische Fertigung eingesetzt. Es kann Teile mit verschiedenen komplexen Formen und Strukturen drucken, um spezifische Anforderungen zu erfüllen.
4. Medizinischer Bereich:Auch der medizinische Bereich ist ein wichtiges Anwendungsfeld der FDM-Technologie. Es kann zur Herstellung von Medizinprodukten wie Bohrschablonen, Prothesen und Orthesen sowie von patientenspezifischen Behandlungsmodellen und Rehabilitationshilfen verwendet werden.
5. Kunst- und Kreativwirtschaft:In der Kunst- und Kreativwirtschaft bietet die FDM-Technologie Künstlern und Designern mehr kreative Möglichkeiten. Sie können die FDM-Technologie verwenden, um Kunstwerke und Dekorationen in verschiedenen Formen und Strukturen zu drucken.
6. Architektonischer Entwurf und Modellbau:Im Bereich der Architektur wird die FDM-Technologie zur Herstellung von Architekturmodellen und -komponenten eingesetzt, die Architekten beim Entwerfen und Planen unterstützen. Diese Modelle können für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden, z. B. für Präsentation, Lehre und Forschung.

Wie können Sie die FDM-Druckqualität verbessern?

Die Verbesserung der FDM-Druckqualität kann von vielen Aspekten ausgehen. Im Folgenden finden Sie einige spezifische Methoden und Vorschläge:

1. Passen Sie die Druckparameter an

• Heizung des Heizbettes:Erhöhen Sie die Temperatur des heißen Bettes moderat, um die Materialhaftung zu verbessern und den Kantenverzug zu reduzieren, aber eine Überhitzung muss verhindert werden.
• Temperaturregelung der Düse:Wählen Sie die geeignete Düsentemperatur entsprechend den Materialeigenschaften, um ein reibungsloses Schmelzen des Materials zu gewährleisten und übermäßige Fließfähigkeit zu vermeiden.
• Reduzierte Druckgeschwindigkeit:Reduzieren Sie die Druckgeschwindigkeit, insbesondere für die erste Schicht, um die Auswirkungen der thermischen Ausdehnung und Kontraktion zu verringern und die Genauigkeit zu verbessern.
• Angemessene Schichthöhe:Eine geringe Schichthöhe reduziert den Stufeneffekt und verbessert die Oberflächenqualität, erfordert jedoch einen Kompromiss zwischen Druckzeit und Kosten.

2. Optimierungsmodell und Support

• Vereinfachter Aufbau:Reduzieren Sie die Nutzung von Support, reduzieren Sie Druckzeit und -kosten und verbessern Sie die Qualität.
• Angemessene Unterstützung:Wählen Sie die Art und das Layout der Stütze vernünftig, um übermäßige Haftung zu vermeiden.

3. Auswahl der Verbrauchsmaterialien und Wartung des Druckers

• Hochwertige Verbrauchsmaterialien:Wählen Sie Verbrauchsmaterialien mit hoher Reinheit und feinen Abmessungen, um Lücken und Verformungen zwischen den Schichten zu reduzieren und minderwertige Verbrauchsmaterialien zu vermeiden, die feucht werden.
• Regelmäßige Wartung:Halten Sie den Drucker sauber und geschmiert, überprüfen und ersetzen Sie verschlissene Teile regelmäßig, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten.

4. Nachbearbeitungstechnik

Schleifen und Polieren: Entfernen Sie Oberflächenfehler und verbessern Sie die Oberflächenqualität.
Beschichtungsbehandlung: wie z. B. Spritzlackieren und Galvanisieren, um die Ästhetik, Haltbarkeit und Funktionalität zu erhöhen.

Zusammenfassung

Fused Deposition Modeling (FDM) ist eine 3D-Drucktechnologie, bei der thermoplastische filamentäre Materialien erhitzt und geschmolzen und dann Schicht für Schicht abgeschieden werden. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Wissenschaft und Technologie hat die FDM-Technologie eine bedeutende Entwicklung in Bezug auf Materialien, Ausrüstung, Software usw. erreicht. Gegenwärtig hat sich FDM mit einer Marktdurchdringungsrate von über 65 % zu einer der am weitesten verbreiteten Technologien auf dem 3D-Druckmarkt entwickelt. In Bereichen wie medizinische Versorgung, Bildung und Unterhaltung spielt die FDM-Technologie eine immer wichtigere Rolle. Gleichzeitig wird erwartet, dass die FDM-Technologie in mehr Bereichen eingesetzt wird, da die Technologie weiter ausgereift ist und die Kosten weiter gesenkt werden.

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Häufig gestellte Fragen

1.Was ist Fused Deposition Modeling (FDM)?

Fused Deposition Modeling (FDM) ist eine weit verbreitete 3D-Drucktechnologie. Er erhitzt thermoplastische Kunststoffe (wie ABS, PLA usw.) in einen geschmolzenen Zustand und extrudiert sie dann Schicht für Schicht durch eine kleine Düse und stapelt sie auf der Plattform, um ein dreidimensionales Objekt zu bilden.

2.Wie funktioniert die FDM-Technologie?

Das Funktionsprinzip der FDM-Technologie ist relativ einfach. Zunächst wird das thermoplastische filamentäre Material in eine beheizte Düse eingeführt und aufgeschmolzen. Eine computergesteuerte Düse bewegt sich dann in einem voreingestellten Pfad über die Plattform und extrudiert das geschmolzene Material Schicht für Schicht. Wenn jede Schicht akkumuliert wird, entsteht schließlich ein vollständiges dreidimensionales Objekt.

3.Welche Materialien können mit FDM bedruckt werden?

Zu den häufig verwendeten Materialien für den FDM-Druck gehören ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer), PLA (Polymilchsäure), Nylon, PETG (Polyethylenterephthalat-1,4-cyclohexandimethanol) usw. Diese Materialien haben unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften und eignen sich für unterschiedliche Anwendungsszenarien.

4.In welchen Bereichen wird die FDM-Technologie eingesetzt?

Die FDM-Technologie hat breite Anwendungen in vielen Bereichen. Im Bildungsbereich werden FDM-Drucker beispielsweise für den Unterricht und die wissenschaftliche Forschung eingesetzt. Im Bereich Design nutzen Designer die FDM-Technologie, um schnell Prototypen herzustellen; In der Fertigung wird die FDM-Technologie zur Herstellung von Teilen, Werkzeugen und Funktionskomponenten eingesetzt. Darüber hinaus spielt die FDM-Technologie auch in der Medizin, Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und anderen Bereichen eine wichtige Rolle.

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