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Modelado por deposición fundida (FDM), también conocido como fabricación de filamentos fundidos (FFF), es actualmente una de las tecnologías de impresión 3D más populares y ampliamente utilizadas. Es elogiado por su costo relativamente económico, facilidad de uso y compatibilidad con una amplia gama de materiales. Entonces, ¿cómo funciona la impresión 3D FDM? Este artículo tiene como objetivo responder a sus diversas preguntas.LS lo llevará a profundizar en el mecanismo básico de trabajo del modelado de deposición fundida, desde la etapa de preparación del material hasta la producción del producto final hasta la deposición capa por capa, mostrando a los lectores una perspectiva técnica clara y completa. Además, también profundizaremos en las fortalezas y debilidades de la tecnología FDM, así como en su aplicación práctica en diversas industrias, con el objetivo de demostrar cómo esta tecnología puede seguir promoviendo la innovación y el progreso en la industria manufacturera.

¿Cómo funciona el modelado por deposición fundida (FDM)?

ElPrincipio de funcionamiento del modelado por deposición fundida (FDM)La tecnología de impresión 3D es relativamente sencilla y eficiente. A continuación se detalla su proceso de trabajo:

1. Preparación preliminar:

• En primer lugar, necesitas unModelo impreso en 3Ddel objeto de destino. Antes de hacerlos, estos modelos deben dividirse y coserse, y luego se debe seleccionar el color o la textura apropiados y otra información como efecto de representación de acuerdo con las necesidades de las diferentes escenas. El modelo se puede diseñar internamente con la ayuda de unHerramienta de modelado 3Do de los datos existentes disponibles en Internet.
• En el siguiente paso, utilizaremos un software de corte para convertir el modelo 3D en un conjunto de instrucciones que la impresora 3D pueda reconocer. En el paso de corte, el modelo se divide horizontalmente en capas finas y se genera un archivo de código G que contiene datos detallados, como la ruta de impresión y la velocidad de extrusión.
• EnSelección de materiales de impresoras FDM (moldeo por deposición fundida), los materiales de impresión comunes son PLA, ABS, PETG y otros filamentos termoplásticos. En la producción real, los usuarios pueden elegir diferentes tipos de plásticos como materiales de impresión según sus necesidades. La elección del material se basa en el entorno de aplicación en el que se encuentra el producto final y las propiedades físicas requeridas.

2. Acerca de los pasos para imprimir:

• ElNecesidades de la impresorapara calentar la plataforma de impresión y la boquilla de extrusión a una temperatura predeterminada. Cuando se alcanza la temperatura, la plataforma se calienta para mantenerla a esa temperatura durante un cierto período de tiempo. El calentamiento de la plataforma ayuda a evitar la deformación del modelo, mientras que el calentamiento de la boquilla asegura que el alambre se derrita suavemente.
• Durante la extrusión y deposición del material, el sistema de alimentación de alambre alimenta el alambre a una extrusora calentada, que luego se funde y se extruye dentro de la boquilla. El tamaño de la boquilla se ajusta controlando la rotación y el desplazamiento de la boquilla por el motor paso a paso, de modo que el material fundido se rocía uniformemente sobre la superficie del molde.Siguiendo las instrucciones del código G,el cabezal de impresión se mueve con precisión en los ejes X e Y para que el material fundido se deposite capa por capa en la plataforma, formando así la primera capa del objeto.
• Una vez depositada la primera capa, la plataforma de impresión baja la altura de una capa y el cabezal de impresión continúa depositando la siguiente capa de material. En este proceso, cada capa se puede recalentar y enfriar. Cada capa se mezcla firmemente paraforman una entidad 3D completa.
• Durante el proceso de enfriamiento y solidificación, el material fundido se enfriará y solidificará rápidamente en el aire para mantener su forma y estructura impresas.

3.Work en él más adelante en el proyecto:

1. Para los modelos con voladizos, puede ser necesario incorporar estructuras de soporte para su extracción durante elproceso de impresión.
2. Después de la impresión, es importante retirar con cuidado estas estructuras de soporte para evitar afectar negativamente a la apariencia del modelo. Después de la impresión, la superficie del objeto puede aparecer deslaminada o con textura rugosa. Podemos usarlijado, pulido o tratamiento químicotécnicas para optimizar la calidad de la superficie para mejorar su estética general.

¿Cuáles son las ventajas de la impresión FDM?

La impresión FDM (Fused Deposition Modeling) ofrece las siguientes ventajas:

1. Bajo costo

La tecnología FDM no utiliza láseres, por lo que los costos de operación y mantenimiento del equipo son bajos, y suMateriales de moldeoson en su mayoría industrialesplásticos de ingeniería como el ABS y el PC, que también tienen bajos costos. Por lo tanto, la mayoría de las impresoras 3D de escritorio utilizan actualmente la tecnología FDM.

2. Una amplia gama de materiales de moldeo está disponible.

A través del análisis anterior, sabemos quemateriales termoplásticos como ABS, PLA, PC y PPse pueden utilizar como materiales de moldeo para la trayectoria FDM. Estos son plásticos de ingeniería comunes, fáciles de obtener y de bajo costo.

3. La contaminación ambiental es menor.

Todo el proceso solo implica la fusión y solidificación de materiales termoplásticos, y se lleva a cabo de forma relativamente cerradaSala de impresión 3D. No implica alta temperatura ni alta presión, y no hay emisión de sustancias tóxicas y nocivas. Por lo tanto, es muy respetuoso con el medio ambiente.

4. El equipo y los materiales son de menor tamaño.

Las impresoras 3D que utilizan la ruta FDM son de menor tamaño y los consumibles son filamentos enrollados, que son fáciles de transportar y son adecuados para oficinas, hogares y otros entornos.

5. Alta tasa de utilización de materias primas.

Materiales de moldeo y materiales de apoyoque no se utilizan o desechan durante el uso se pueden reciclar, procesar y reutilizar, lo que puede mejorar efectivamente la eficiencia de utilización de las materias primas.

6. El posprocesamiento es relativamente simple.

La mayoría de los materiales de soporte utilizados actualmente son materiales solubles en agua, que son relativamente fáciles de despegar. El posprocesamiento por otras vías técnicas a menudo requiere curado y otros equipos auxiliares, pero FDM no.

¿Cuáles son las limitaciones de FDM?

Como tecnología de impresión 3D común, la tecnología FDM (fabricación por deposición fundida) tiene las ventajas de una velocidad de fabricación rápida, bajo costo y fácil operación, pero también tiene algunas limitaciones. A continuación se enumeran los principaleslimitaciones de la tecnología FDM:

1. El tiempo de moldeo es más largo.

Dado que el movimiento de la boquilla es un movimiento mecánico, la velocidad durante el proceso de moldeo es limitada, por lo que el tiempo de moldeo generalmente lleva mucho tiempo y no es adecuado para la fabricación de piezas grandes.

2. Se requiere material de apoyo.

Los materiales de soporte deben agregarse durante el proceso de moldeo y deben despegarse después de la impresión. Para algunos componentes complejos, existen ciertas dificultades para despegar.

Además, con el avance de la tecnología, algunosFabricantes de impresión 3Dhan lanzado modelos que no requieren materiales de soporte, y esta carencia se está superando paulatinamente.

¿Qué materiales se utilizan en la impresión FDM?

La impresión FDM (Fused Deposition Manufacturing) utiliza principalmente los siguientes materiales:

• ABS (copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno):Tiene buena resistencia y resistencia a la abrasión, y es adecuado para imprimir piezas que requieren alta resistencia y durabilidad. Debido a su alta temperatura de transición vítrea, las piezas impresas porEl ABS tiene buena resistencia a altas temperaturas. A menudo se usa en piezas de automóviles, carcasas de electrodomésticos y otros campos.
• PLA (Ácido Poliláctico):Elaborado a partir de almidón de maíz renovable con buena biodegradabilidad. Las piezas impresas por PLA tienen una superficie lisa, que es adecuada para imprimir modelos, obras de arte y otros productos que necesitan lucir hermosos. Sin embargo, en comparación con el ABS, el PLA tiene menor resistencia y resistencia al impacto, y puede deformarse en entornos de alta temperatura.
• PETG (Poliéster):Tiene buena transparencia y resistencia química, así como alta resistencia y tenacidad. Es adecuado para imprimir piezas funcionales que requieren alta resistencia y durabilidad, como piezas mecánicas, moldes, etc.
• TPU (Poliuretano Termoplástico):Un elastómero con excelente elasticidad y flexibilidad. Las piezas impresas por TPU tienen buena resistencia al desgaste y al desgarro, lo que es adecuado para imprimir piezas que requieren alta elasticidad y durabilidad, como sellos, productos de caucho, etc.
• PC (Policarbonato):Tiene las características de resistencia al impacto, alta tenacidad, alta resistencia al calor y resistencia a la corrosión química. Es ampliamente utilizado en la industria de la construcción, la industria de fabricación de automóviles, equipos médicos, aeroespacial, electrodomésticos y otros campos.
• PP (polipropileno) y materiales de polipropileno simuladoNo es tóxico, inodoro y su resistencia, rigidez, dureza y resistencia al calor son más altos que los del polietileno, y se puede usar a aproximadamente 100 °C. El material de polipropileno simulado simula las ventajas del polipropileno en términos de fuerza y resistencia al calor, y al mismo tiempo compensa las deficiencias del polipropileno en cuanto a tenacidad y fragilidad a baja temperatura.
• Caucho sintético:Tiene alta elasticidad, aislamiento, hermeticidad, resistencia al aceite, resistencia a altas temperaturas o bajas temperaturas, etc. Es adecuado para imprimir productos electrónicos de consumo, equipos médicos, productos de higiene, neumáticos de automóviles y aislamiento.
• PPSF (polifenilsulfona):Nuevos plásticos de ingeniería, adecuados para entornos de trabajo de alta temperatura. Puede soportar grandes impactos mientras permanece expuesto a la humedad y a las altas temperaturas, lo que lo hace adecuado para materiales con alta resistencia al impacto, agrietamiento por tensión y resistencia química.
• PEI (Polieterimida):Tiene perfectas propiedades térmicas, mecánicas y químicas, alta resistencia, alta resistencia al desgaste y estabilidad dimensional a altas temperaturas. Ideal para aplicaciones aeroespaciales, automotrices y militares.

¿Cómo se compara FDM con otros métodos de impresión 3D?

FDM (fabricación por deposición fundida) tiene sus propias ventajas y limitaciones únicas en comparación con otros métodos de impresión 3D. Aquí hay una comparación de FDM conSLA (Estereolitografía), SLS (Sinterización selectiva por láser)y MJF (Multi Jet Fusion):

Método de impresión 3D	FDM (Fabricación por Deposición Fundida)	SLA (Estereolitografía)	SLS (Sinterización selectiva por láser)	MJF (Fusión Multi-Jet)
Principio técnico	Las boquillas calentadas derriten el material termoplástico y lo extruyen capa por capa	Un rayo láser ultravioleta irradia una resina fotosensible líquida para curarla	El láser sinteriza el material en polvo capa por capa para formar un sólido	La tecnología de inyección por fusión de lecho de polvo se construye capa por capa
Precisión de impresión	Medio, el grosor de la capa suele estar entre 0,1 mm y 0,4 mm	La altura, el grosor de la capa puede ser tan pequeño como 0,025 mm	Moderado, el grosor de la capa es generalmente de 0,1 mm a 0,2 mm	Alto, excelente detalle
Superficie	Hay rayas y un efecto de escalera	Suave y delicado, con excelentes detalles	Depende del tamaño de partícula del polvo y del proceso de sinterización	Elegante y detallado
Velocidad de impresión	Medio, adecuado para la producción a pequeña y mediana escala	Rápido, especialmente para modelos pequeños	Relativamente lento, sinterizado y enfriamiento por láser	Por lo general, más rápido que FDM
Costes de material	Bajo, rico en materiales	Las resinas especiales más altas son caras	De medio a alto, dependiendo del tipo de polvo	Puede reducirse debido a la utilización del material
Costos de equipo	Inferior, fácil de popularizar	Superior	De medio a alto	Probablemente más alto que los dispositivos FDM
Adaptabilidad del material	Filamento termoplástico	Resina fotosensible	Materiales en polvo (nylon, metal, etc.)	Material en polvo
Fuerza y rendimiento	Moderado, dependiendo del material	Depende del tipo de resina	Por lo general, más alto y adecuado para piezas de alta resistencia	En general, es bueno con excelentes propiedades mecánicas
Campos de aplicación	Educación, Prototipado Rápido, Fabricación	Fabricación de modelos de alta precisión (joyería, medicina)	Fabricación de piezas estructurales complejas de alta resistencia	Alta precisión, producción rápida y buenas propiedades mecánicas para la aplicación

Resumen

Como tecnología de impresión 3D ampliamente utilizada, el modelado por deposición fundida (FDM) ha demostrado una fuerte aplicaciónpotencial y valor en muchos campos, como el diseño de productos, la creación de prototipos y la educación. Al comprender cómo funciona, sus elementos clave y cómo optimizarlo, podemos aprovechar mejor esta tecnología para satisfacer las diferentes necesidades de las aplicaciones. Al mismo tiempo, también es necesario reconocer lalimitaciones de la tecnología FDMy considerarlos y resolverlos en aplicaciones prácticas.

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Preguntas frecuentes

1. ¿Cuál es el proceso de modelado de deposición fundida?

El proceso de modelado por deposición fundida (FDM) consiste en introducir materiales termoplásticos (como ABS, PLA, etc.) en la impresora 3D en forma de filamentos. Los filamentos se funden en una boquilla calentada y se depositan capa por capa en la plataforma de construcción de acuerdo con los datos del modelo 3D preestablecidos. Después de depositar cada capa, el material se enfría rápidamente y se solidifica para formar una parte sólida. A medida que la base de impresión desciende capa por capa (o la boquilla asciende capa por capa), todo el proceso se repite hasta que todo el objeto está completamente impreso.

2. ¿Para qué se utiliza el modelado por deposición fundida?

La tecnología FDM es ampliamente utilizada en muchos campos debido a su bajo costo, fácil operación y fácil disponibilidad de materiales. Se utiliza principalmente para la creación de prototipos para ayudar a los diseñadores e ingenieros a verificar rápidamente la viabilidad y la funcionalidad de los diseños de productos. Además, FDM también se utiliza en la fabricación y producción de piezas personalizadas, como autopartes, componentes aeroespaciales, equipos médicos, etc. Debido a que se puede personalizar según las necesidades, también es ampliamente utilizado en los campos de la creación artística y la educación.

3. ¿Cómo funciona FDM?

El principio de funcionamiento de FDM se basa en la fusión y deposición capa por capa de materiales termoplásticos. Durante el proceso de impresión, una boquilla calentada funde el filamento termoplástico y extruye el filamento fundido a través de una ruta controlada por ordenador hasta la plataforma de impresión. Los filamentos se enfrían y solidifican rápidamente al entrar en contacto con la plataforma, formando una capa del objeto. A medida que la boquilla se mueve y la plataforma desciende capa por capa (o la boquilla asciende capa por capa), este proceso se repite hasta que todo el objeto está completamente impreso.

4.¿Por qué FDM es la tecnología de impresión 3D más popular actualmente?

FDM es actualmente la tecnología de impresión 3D más popular, principalmente porque combina bajo costo, facilidad de uso, diversidad de materiales y una amplia gama de aplicaciones, lo que facilita que los usuarios individuales, las pequeñas y medianas empresas y las instituciones educativas adopten y se beneficien de esta tecnología.

Recurso

1. Fabricación de filamentos fundidos

2.Modificación de la superficie de objetos PLA impresos en 3D mediante modelado por deposición fundida: una revisión

3. Alcohol polivinílico reforzado con nanotubos de carbono para el modelado de deposición fundida