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Modellazione a deposizione fusa - Tecnologia di stampa 3D FDM, nota anche come Fused Filament Manufacturing - tecnologia di stampa 3D FFF, è una delle tecnologie di produzione additiva più popolari. È in assoluto il più popolare e diffusoTecnologia di stampa 3Dnel mondo.
Questa tecnologia è emersa nel 2004 e da allora è stata resa popolare in vari campi e le sue applicazioni hanno coperto anche vari campi.
Qui spiegheremo attraverso questo articolo cos'è esattamente questa tecnologia?

Che cos'è la modellazione a deposizione fusa?

Le stampanti 3D FDM sono spesso il primo passo nel mondo della stampa 3D per molte persone. Nella progettazione, nell'ingegneria e nella produzione, viene spesso utilizzato come strumento per convalidare rapidamente i modelli concettuali e aiutare i team di progettazione a raggiungere il consenso prima di sviluppare ulteriormente prototipi funzionali.

Esistono molti tipi di stampanti 3D FDM, con dimensioni e prezzi diversi. La semplicità della sua tecnologia di stampa e del flusso di lavoro lo rende la scelta ideale per chi è nuovo nel campo della stampa 3D, senza troppi investimenti per iniziare. Tuttavia, vale la pena notare che le stampanti FDM spesso scendono a compromessi nella ricerca della qualità e delle prestazioni delle parti. Per quegli utenti che hanno requisiti più elevati in termini di prestazioni funzionali, resistenza all'acqua, superfici isotrope o lisce, le stampanti 3D SLA e SLS potrebbero essere una scelta migliore.

Come funziona la stampa 3D FDM?

Uno dei motivi per cui la modellazione a deposizione fusa è una delle tecnologie di stampa 3D più comuni è la semplicità del processo. Il processo FDM può essere suddiviso nelle seguenti fasi.

Passaggio 1: progettazione CAD
Il primo passo è il processo di progettazione, che prevede la creazione di un modello digitale 3D utilizzando un software di progettazione assistita da computer (CAD). Il processo di progettazione delinea le dimensioni e la forma del prodotto stampato in 3D.

Passaggio 2: affettare

Una volta completata la progettazione CAD, viene utilizzato un software specializzato per suddividere il modello 3D in strati sottili. Ogni strato viene quindi convertito in codice che istruisce la stampante 3D su come depositare il materiale.

Passaggio 3: liquefare

Il progetto CAD affettato viene inviato a una stampante 3D FDM, dove un materiale solido di filamenti da costruzione (solitamente acrilonitrile, butadiene, stirene o acido polilattico) viene riscaldato fino al punto di liquefazione in una testa di liquefazione.

Quali sono i vantaggi dell'FDM?

I vantaggi della modellazione a deposizione fusa (FDM) si riflettono principalmente nei seguenti aspetti:

• Basso:L'attrezzatura è relativamente conveniente e il costo del materiale è basso, il che la rende adatta al consumo di massa e all'ampia applicazione.
  Facile da usare: tecnologia matura, facile da usare per gli utenti, adatto a famiglie, scuole e piccoli studi.
• Diversi materiali:Supporta una varietà di materiali termoplastici, come PLA, ABS, ecc., E puoi scegliere il materiale appropriato in base alle tue esigenze.
• Ecologico:Utilizzando materiali atossici o poco tossici, ha un impatto minimo sull'ambiente e sulla salute umana.
• La struttura di supporto è facile da progettare:Quando è richiesta una struttura di supporto, è relativamente semplice da progettare e facile da rimuovere.
• Dimensioni di stampa flessibili:Le dimensioni di stampa possono essere regolate in base alle esigenze per adattarsi ai diversi scenari applicativi.

Quali sono i limiti dell'FDM?

Gli svantaggi della modellazione a deposizione fusa (FDM) includono principalmente i seguenti aspetti:

1. Precisione limitata:Limitata dal diametro dell'ugello e dallo spessore dello strato, la precisione di stampa è relativamente bassa.
2. Richiede strutture di supporto:Quando si stampano strutture complesse o sospese, di solito è necessario aggiungere strutture di supporto, il che aumenta il carico di lavoro di post-elaborazione.
3. Forza debole nella direzione di impilamento:Poiché gli oggetti sono impilati strato per strato, la forza nella direzione di impilamento è solitamente debole.
4. Velocità di stampaggio relativamente lenta:Rispetto ad altre tecnologie di stampa 3D, la velocità di stampaggio FDM è lenta.
5. Qualità superficiale media:La superficie dell'oggetto stampato può presentare strati o irregolarità.

Come si confronta FDM con SLA e SLS?

Quella che segue è un'analisi comparativa delle tecnologie FDM e SLA, SLS e SLM:

Analisi comparativa tra FDM e SLA (stereolitografia):

• Qualità della superficie: la tecnologia SLA utilizza la solidificazione laser della resina liquida per costruire oggetti strato per strato, il che rende la superficie dei suoi oggetti stampati generalmente mostrare una consistenza più liscia e delicata. Attualmente, i tradizionali processi di formatura laser possono già ottenere una rapida produzione di prodotti di alta qualità. Al contrario, poiché la tecnologia FDM utilizza materiale termoplastico fuso per accumularsi strato dopo strato, ciò può portare a una consistenza o a piccole irregolarità nella sua superficie.
• Costo: rispetto all'FDM, il costo delle attrezzature e dei materiali necessari per la tecnologia SLA è solitamente più costoso. Poiché la SLA si basa su apparecchiature laser ad alta precisione e resina liquida, la FDM si basa principalmente su una tecnologia di estrusione hot-melt relativamente semplice e su materiali termoplastici.

Analisi comparativa tra FDM e SLS (Selective Laser Sintering):

• La tecnologia SLS utilizza il laser per sinterizzare i materiali in polvere per formare oggetti. Questo legame naturale tra le polveri significa che non sono necessarie strutture di supporto aggiuntive quando si stampano strutture complesse. Quando FDM ha bisogno di stampare strutture sospese o complesse, al fine di garantire una stampa di alta qualità, di solito vengono aggiunte strutture di supporto. Pertanto, la SLS mostra maggiori vantaggi nella tecnologia di stampa senza supporto.
• In termini di selezione dei materiali: sebbene sia FDM che SLS possano supportare una varietà di materiali diversi, SLS è generalmente in grado di gestire una più ampia varietà di materiali in polvere, inclusi alcuni polimeri ad alte prestazioni e polveri metalliche (sebbene la stampa SLS di polveri metalliche sia costosa e tecnicamente complessa).

Analisi comparativa tra FDM e SLM (fusione laser selettiva):

• Informazioni sull'adattabilità dei materiali: la tecnologia FDM viene utilizzata principalmente per stampare prodotti in plastica, come PLA, ABS, ecc. La tecnologia SLM utilizza principalmente laser per fondere la polvere metallica per formare oggetti. Pertanto, questa tecnologia è particolarmente adatta per la produzione di parti metalliche. SLM ha dimostrato i suoi vantaggi insostituibili in questi campi grazie ai suoi requisiti di elevata resistenza, elevata durezza ed elevata resistenza alla corrosione.
• In diversi scenari applicativi, a causa delle differenze nell'adattabilità dei materiali, ci sono evidenti differenze negli scenari di utilizzo di FDM e SLM. L'FDM è più adatto in molti campi come la prototipazione, l'esposizione educativa e il design del prodotto; SLM è più adatto nei settori aerospaziale e medico.

Quali materiali vengono utilizzati nella stampa FDM?

La stampa FDM (Fused Deposition Modeling) utilizza principalmente i seguenti tipi di materiali:

Materiale	Tratti somatici	Applicare
PLA (acido polilattico)	Ecologico e degradabile, buona biocompatibilità, basso restringimento, facile da stampare, ma scarsa resistenza al calore	Istruzione, prototipazione, decorazioni per la casa, giocattoli, ecc
ABS (copolimero acrilonitrile-butadiene-stirene)	Alta resistenza, buona tenacità, buona resistenza al calore e agli agenti chimici, ma facile da deformare durante la stampa	Prototipazione per l'automotive, l'elettronica, l'aerospaziale, i giocattoli, ecc
PETG	Elevata resistenza, buona tenacità, elevata trasparenza, migliore resistenza chimica e resistenza al calore rispetto al PLA e moderata difficoltà di stampa	Imballaggi, contenitori, parti trasparenti, prototipazione, ecc
PC (Policarbonato)	Alta resistenza, elevata tenacità, eccellente resistenza al calore e resistenza agli urti, ma difficile da stampare	Elettronica, ricambi auto, dispositivi di protezione di sicurezza, ecc
PC-ABS	Combinando i vantaggi del PC e dell'ABS, ha un'elevata resistenza, un'elevata tenacità, resistenza al calore e resistenza chimica	Automotive, aerospaziale, elettronica e altri settori impegnativi
PPSF (Polifenilsulfone)	Resistenza al calore estremamente elevata (elevata temperatura di deflessione del calore), buona resistenza chimica ed eccellenti proprietà meccaniche	Componenti per ambienti ad alta temperatura, apparecchiature per il trattamento chimico, componenti aerospaziali, ecc.
Nylon 12	Forte tenacità, buona resistenza chimica, elevata resistenza alla fatica, supporto ripetuto test di corrispondenza a scatto	Industria aerospaziale, automobilistica, dei beni di consumo e altri componenti che richiedono elevata resistenza e resistenza chimica

Quali sono le migliori applicazioni per FDM?

Le applicazioni dell'FDM (fused deposition modeling) comprendono principalmente i seguenti aspetti:

1. Prototipazione:La tecnologia FDM viene spesso utilizzata per produrre rapidamente prototipi di prodotti, aiutando progettisti e ingegneri a verificare i concetti di progettazione, identificare potenziali problemi e ottimizzare i progetti di conseguenza.
2. Ambito formativo:Nel campo dell'istruzione, la stampante 3D FDM è diventata un importante strumento didattico. Gli studenti possono apprendere la modellazione 3D e la tecnologia di stampa attraverso operazioni pratiche e coltivare un pensiero innovativo e abilità pratiche.
3. Manifatturiero:Nella produzione, la tecnologia FDM viene utilizzata per la produzione a basso volume e la produzione personalizzata. Può stampare parti di varie forme e strutture complesse per soddisfare esigenze specifiche.
4. Settore medico:Anche il campo medico è un importante campo di applicazione della tecnologia FDM. Può essere utilizzato per realizzare dispositivi medici come guide chirurgiche, protesi e ortesi, nonché modelli di trattamento specifici per il paziente e ausili per la riabilitazione.
5. Arte e industrie creative:Nell'arte e nelle industrie creative, la tecnologia FDM offre ad artisti e designer maggiori possibilità creative. Possono utilizzare la tecnologia FDM per stampare opere d'arte e decorazioni di varie forme e strutture.
6. Progettazione architettonica e produzione di modelli:Nel campo dell'architettura, la tecnologia FDM viene utilizzata per produrre modelli e componenti architettonici per aiutare gli architetti a progettare e pianificare. Questi modelli possono essere utilizzati per una varietà di scopi, tra cui la presentazione, l'insegnamento e la ricerca.

Come è possibile migliorare la qualità di stampa FDM?

Il miglioramento della qualità di stampa FDM può iniziare da molti aspetti. Di seguito sono riportati alcuni metodi e suggerimenti specifici:

1. Regolare i parametri di stampa

• Riscaldamento del letto riscaldante:Aumentare moderatamente la temperatura del letto caldo per migliorare l'adesione del materiale e ridurre la deformazione dei bordi, ma è necessario evitare il surriscaldamento.
• Controllo della temperatura dell'ugello:Selezionare la temperatura dell'ugello appropriata in base alle caratteristiche del materiale per garantire una fusione regolare del materiale ed evitare un'eccessiva fluidità.
• Velocità di stampa ridotta:Ridurre la velocità di stampa, soprattutto per il primo strato, per ridurre l'impatto dell'espansione e della contrazione termica e migliorare la precisione.
• Altezza dello strato ragionevole:L'altezza ridotta dello strato riduce l'effetto gradino e migliora la qualità della superficie, ma richiede un compromesso tra tempo e costi di stampa.

2. Modello di ottimizzazione e supporto

• Struttura semplificata:Riduci l'utilizzo del supporto, riduci i tempi e i costi di stampa e migliora la qualità.
• Supporto ragionevole:Scegliere ragionevolmente il tipo e la disposizione del supporto per evitare un'adesione eccessiva.

3. Selezione dei materiali di consumo e manutenzione della stampante

• Materiali di consumo di alta qualità:Scegli materiali di consumo con elevata purezza e dimensioni fini per ridurre gli spazi tra gli strati e le deformazioni ed evitare materiali di consumo di bassa qualità che si inumidiscono.
• Manutenzione regolare:Mantenere la stampante pulita e lubrificata, controllare e sostituire regolarmente le parti usurate per garantire un funzionamento stabile.

4. Tecnologia di post-elaborazione

Levigatura e lucidatura: rimuovono i difetti superficiali e migliorano la qualità della superficie.
Trattamento di rivestimento: come verniciatura a spruzzo e galvanica per aumentare l'estetica, la durata e la funzionalità.

Sommario

La modellazione a deposizione fusa (FDM) è una tecnologia di stampa 3D che utilizza materiali filamentosi termoplastici per essere riscaldati e fusi e quindi depositati strato per strato. Con il continuo progresso della scienza e della tecnologia, la tecnologia FDM ha raggiunto uno sviluppo significativo in materiali, attrezzature, software, ecc. Attualmente, l'FDM è diventata una delle tecnologie più utilizzate nel mercato della stampa 3D, con un tasso di penetrazione del mercato superiore al 65%. In campi come l'assistenza medica, l'istruzione e l'intrattenimento, la tecnologia FDM sta svolgendo un ruolo sempre più importante. Allo stesso tempo, poiché la tecnologia continua a maturare e i costi si riducono ulteriormente, si prevede che la tecnologia FDM sarà più ampiamente utilizzata in più campi.

Disconoscimento

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Domande frequenti

1.Che cos'è la modellazione a deposizione fusa (FDM)?

La modellazione a deposizione fusa (FDM) è una tecnologia di stampa 3D ampiamente utilizzata. Riscalda i materiali termoplastici (come ABS, PLA, ecc.) allo stato fuso, quindi li estrude strato per strato attraverso un piccolo ugello e li impila sulla piattaforma per formare un oggetto tridimensionale.

2. Come funziona la tecnologia FDM?

Il principio di funzionamento della tecnologia FDM è relativamente semplice. In primo luogo, il materiale filamentoso termoplastico viene inserito in un ugello riscaldato e fuso. Un ugello controllato da computer si muove quindi attraverso la piattaforma in un percorso preimpostato, estrudendo il materiale fuso strato per strato. Man mano che ogni strato viene accumulato, alla fine si forma un oggetto tridimensionale completo.

3. Quali materiali possono essere stampati con FDM?

I materiali comunemente usati per la stampa FDM includono ABS (copolimero acrilonitrile-butadiene-stirene), PLA (acido polilattico), nylon, PETG (polietilene tereftalato-1,4-cicloesandimetanolo), ecc. Questi materiali hanno proprietà fisiche e chimiche diverse e sono adatti a diversi scenari applicativi.

4.In quali campi viene utilizzata la tecnologia FDM?

La tecnologia FDM ha ampie applicazioni in molti campi. Ad esempio, nel campo dell'istruzione, le stampanti FDM vengono utilizzate per l'insegnamento e la ricerca scientifica; nel campo della progettazione, i progettisti utilizzano la tecnologia FDM per produrre rapidamente prototipi; nella produzione, la tecnologia FDM viene utilizzata per produrre parti, strumenti e componenti funzionali; inoltre, la tecnologia FDM svolge un ruolo importante anche in campo medico, aerospaziale, automobilistico e in altri campi.

Risorsa

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