熱溶解積層法はどのように機能しますか?

熱溶解積層法(FDM)、別名溶融フィラメント製造(FFF)は、現在、最も人気があり、広く使用されている3D印刷技術の1つです。比較的経済的なコスト、使いやすさ、幅広い材料との互換性が高く評価されています。では、FDM 3Dプリンティングはどのように機能するのでしょうか?この記事では、さまざまな質問に答えることを目的としています。LSでは、熱溶解積層法の基本的な作業メカニズムを掘り下げます、材料の準備段階から層ごとの堆積、最終製品の生産まで、読者に明確で包括的な技術的視点を示します。さらに、FDMテクノロジーの長所と短所、およびさまざまな業界での実用化についても掘り下げ、このテクノロジーが製造業のイノベーションと進歩を促進し続ける方法を実証することを目的としています。

熱溶解積層法(FDM)はどのように機能しますか?

ザ熱溶解積層法(FDM)の動作原理3D印刷技術は比較的シンプルで効率的です。以下は、その詳細な作業プロセスです。

1.事前準備:

まず、3Dプリントモデルターゲットオブジェクトの。それらを作成する前に、これらのモデルを分割してつなぎ合わせてから、さまざまなシーンのニーズに応じて適切な色またはテクスチャ、およびその他の情報をレンダリング効果として選択する必要があります。モデルは、専用のの助けを借りて社内で設計することができます3Dモデリングツールまたはインターネット上で利用可能な既存のデータから。
次のステップでは、スライシングソフトウェアを使用して、3Dモデルを3Dプリンターが認識できる一連の命令に変換します。スライシングステップでは、モデルを水平方向に薄いレイヤーに分割し、プリントパスや押し出し速度などの詳細なデータを含むGコードファイルを生成します。
のFDM(熱溶解積層法)プリンターの材料選択、一般的な印刷材料は、PLA、ABS、PETG、およびその他の熱可塑性フィラメントです。実際の生産では、ユーザーはニーズに応じて印刷材料としてさまざまな種類のプラスチックを選択できます。材料の選択は、最終製品が配置されているアプリケーション環境と必要な物理的特性に基づいています。

2.印刷の手順について:

ザプリンターのニーズプリントプラットフォームと押出ノズルを所定の温度に加熱します。温度に達すると、プラットフォームが加熱され、一定時間その温度に保たれます。プラットフォームの加熱はモデルの反りを防ぐのに役立ち、ノズルの加熱はワイヤーがスムーズに溶けることを確実にします。
材料の押し出しと堆積中に、ワイヤ供給システムはワイヤを加熱された押出機に供給し、加熱された押出機はノズル内で溶融して押し出されます。ノズルの大きさは、ステッピングモーターでノズルの回転と変位を制御することで調整し、溶融物が金型表面に均一に吹き付けられるようにします。Gコードの指示に従って、プリントヘッドはX軸とY軸に正確に移動するため、溶融材料はプラットフォーム上に層ごとに沈殿し、オブジェクトの最初の層を形成します。
最初の層が堆積された後、プリントプラットフォームは1つの層の高さを下げ、プリントヘッドは材料の次の層を堆積し続けます。このプロセスでは、各層を再加熱して冷却することができます。各レイヤーは密接にブレンドされ、完全な3Dエンティティを形成する.
冷却および凝固プロセス中に、溶融材料は空気中で急速に冷却および固化し、印刷された形状と構造を維持します。

これについては、プロジェクトの後半で 3.Work します。

オーバーハングのあるモデルの場合、中に取り外すためのサポート構造を組み込む必要がある場合があります。印刷プロセス。
印刷後は、モデルの外観に悪影響を及ぼさないように、これらの支持構造を慎重に取り外すことが重要です。印刷後、オブジェクトの表面が剥離またはざらざらしたテクスチャに見える場合があります。私たちは使用することができますサンディング、ポリッシング、または化学処理表面品質を最適化して全体的な美観を向上させる技術。

FDM印刷の利点は何ですか?

FDM(Fused Deposition Modeling)プリンティングには、次のような利点があります。

1.低コスト

FDM技術はレーザーを使用しないため、機器の運用・保守コストが低く、また、成形材料ほとんどが工業用ですABSやPCなどのエンジニアリングプラスチック、これも低コストです。したがって、現在、ほとんどのデスクトップ3DプリンターはFDMテクノロジーを使用しています。

2.幅広い成形材料を取り揃えています。

上記の分析を通じて、次のことがわかっています。ABS、PLA、PC、PPなどの熱可塑性材料FDMパスの成形材料として使用できます。これらは一般的なエンジニアリングプラスチックであり、入手が容易で、低コストです。

3.環境汚染が少ない。

全体のプロセスは、熱可塑性材料の溶融と凝固のみを含み、比較的閉鎖的に行われます3Dプリントルーム.高温や高圧を伴わず、有毒物質や有害物質の排出もありません。したがって、それは非常に環境に優しいです。

4.機器と材料はサイズが小さくなります。

FDMパスを使用する3Dプリンターはサイズが小さく、消耗品はロールフィラメントであるため、持ち運びが簡単で、オフィス、家庭、その他の環境に適しています。

5.原材料の高い利用率。

成形材料・支持材料使用しなかったり、使用中に廃棄されたりしたものは、リサイクル、処理、再利用できるため、原材料の利用効率を効果的に向上させることができます。

6.後処理は比較的簡単です。

現在使用されている支持材料は水溶性材料が多く、比較的簡単に剥がすことができます。他のテクニカルパスによる後処理には、硬化やその他の補助装置が必要になることがよくありますが、FDMには必要ありません。

FDMの制限事項は何ですか?

一般的な3D印刷技術として、FDM(熱溶解積層法)技術には、製造速度が速く、低コストで、操作が簡単であるという利点がありますが、いくつかの制限もあります。以下は主なものですFDMテクノロジーの限界:

1.成形時間が長くなります。

ノズルの動きは機械的な動きであるため、成形工程中の速度に制限があるため、一般的に成形時間が長く、大型部品の製造には適していません。

2.サポート資料が必要です。

サポート材は成形工程で追加する必要があり、印刷後にはがす必要があります。一部の複雑なコンポーネントでは、剥がれに一定の困難があります。

また、技術の進歩に伴い、一部の3Dプリンティングメーカーサポート材が不要なモデルを発売しており、この欠点は徐々に克服されつつあります。

FDM印刷にはどのような材料が使用されていますか?

FDM(Fused Deposition Manufacturing)印刷では、主に次の材料を使用します。

ABS(アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体):強度や耐摩耗性に優れており、高い強度や耐久性が求められる部品の印刷に適しています。ガラス転移温度が高いため、部品はABSは優れた耐高温性を備えています.自動車部品や家電の筐体など、さまざまな分野で使用されています。
PLA(ポリ乳酸):生分解性に優れた再生可能なコーンスターチから作られています。PLAで印刷されたパーツは表面が滑らかで、モデルやアートワークなど、美しく見える必要がある製品の印刷に適しています。しかし、PLAはABSに比べて強度や耐衝撃性が低く、高温環境下では変形することがあります。
PETG(ポリエステル):透明性と耐薬品性に優れ、強度と靭性も高いです。機械部品や金型など、高い強度と耐久性が求められる機能部品のプリントに適しています。
TPU(熱可塑性ポリウレタン):伸縮性と柔軟性に優れたエラストマーです。TPUで印刷された部品は、耐摩耗性と耐引裂性に優れているため、シールやゴム製品など、高い弾力性と耐久性が要求される部品の印刷に適しています。
PC(ポリカーボネート):耐衝撃性、高靭性、高耐熱性、耐薬品性などの特徴があります。建設業界、自動車製造業、医療機器、航空宇宙、電子機器などの分野で広く使用されています。
PP(ポリプロピレン)および模擬ポリプロピレン材料:無毒、無臭で、強度、剛性、硬度、耐熱性がポリエチレンよりも高く、約100°Cで使用できます。シミュレートされたポリプロピレン材料は、強度と耐熱性の点でポリプロピレンの利点をシミュレートすると同時に、靭性と低温脆性のポリプロピレンの欠点を補います。
合成ゴム:高弾性、断熱性、気密性、耐油性、高温または低温耐性などを備えています。家電製品、医療機器、衛生製品、車のタイヤ、断熱材の印刷に適しています。
PPSF(ポリフェニルスルホン):高温の作業環境に適した新しいエンジニアリングプラスチック。湿気や高温にさらされたまま大きな衝撃に耐えることができるため、衝撃強度が高く、応力亀裂や耐薬品性が高い材料に適しています。
PEI(ポリエーテルイミド):それは完全な熱、機械および化学特性、高強度、高い耐久性および高温で寸法安定性を有する。航空宇宙、自動車、軍事アプリケーションに最適です。

FDMは他の3Dプリンティング方法とどのように比較されますか?

FDM(Fused Deposition Manufacturing)には、他の3Dプリンティング方法と比較して、独自の利点と制限があります。FDMとの比較を次に示します。SLA(ステレオリソグラフィー)、 SLS(選択的レーザー焼結)およびMJF(マルチジェットフュージョン):

3Dプリント方式	FDM(熱溶解積層法)	SLA(光造形)	SLS(選択的レーザー焼結)	MJF(マルチジェットフュージョン)
技術原理	加熱されたノズルが熱可塑性材料を溶かし、層ごとに押し出します	紫外線レーザー光線を照射し、感光性樹脂を液状に照射して硬化させます	レーザーは、粉末材料を層ごとに焼結して固体を形成します	粉末床溶融注入技術は、層ごとに構築されています
印刷精度	ミディアム、層の厚さは通常0.1mmから0.4mmの間です	高さ、層の厚さは0.025mmまで小さくすることができます	適度に、層の厚さは一般に0.1mmから0.2mmです	高く、優れたディテール
表面	ストライプと階段効果があります	滑らかで繊細、優れたディテール	それは粉の粒度および焼結プロセスによります	なめらかで詳細に
印刷速度	中規模、小規模から中規模の生産に適しています	高速、特に小型モデルの場合	比較的低速、レーザー焼結および冷却	通常はFDMよりも高速
材料費	低く、素材が豊富	より高く、特殊樹脂は高価です	中程度から高、粉末の種類によって異なります	材料の使用により削減される場合があります
設備費	低く、普及しやすい	高い	中程度から高い	おそらくFDMデバイスよりも高い
材料適応性	熱可塑性フィラメント	感光性樹脂	粉末材料(ナイロン、金属など)	パウダー素材
強みとパフォーマンス	適度、材料によって異なります	樹脂の種類により異なる	通常、背が高く、高強度部品に適しています	一般的に良好で、優れた機械的特性を備えています
アプリケーション分野	教育, ラピッドプロトタイピング, 製造	高精度なモデルメイキング(ジュエリー、医療)	高強度で複雑な構造部品の製造	高精度、高速生産、優れた機械的特性

概要

広く使用されている3Dプリンティング技術として、熱溶解積層法(FDM)は強力な用途を示しています製品設計、プロトタイピング、教育など多くの分野での可能性と価値。その仕組み、主要な要素、最適化方法を理解することで、このテクノロジーをより有効に活用してさまざまなアプリケーションニーズを満たすことができます。同時に、認識することも必要です。FDMテクノロジーの限界そして、それらを実際のアプリケーションで検討し、解決します。

免責事項

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よくあるご質問(FAQ)

1.熱溶解積層法のプロセスはどのようなものですか?

熱溶解積層法(FDM)のプロセスは、熱可塑性材料(ABS、PLAなど)をフィラメントの形で3Dプリンターに供給することです。フィラメントは加熱されたノズルで溶かされ、事前に設定された3Dモデルデータに従ってビルドプラットフォーム上に層ごとに堆積されます。各層が堆積された後、材料は急速に冷却されて固化し、固体部品を形成します。ビルドプラットフォームがレイヤーごとに下降する(またはノズルがレイヤーごとに上昇する)と、オブジェクト全体が完全にプリントされるまで、プロセス全体が繰り返されます。

2.熱溶解積層法は何に使用されますか?

FDM技術は、低コストで操作が簡単で、材料の入手が容易なため、多くの分野で広く使用されています。これは主にプロトタイピングに使用され、設計者やエンジニアが製品設計の実現可能性と機能を迅速に検証するのに役立ちます。さらに、FDMは、自動車部品、航空宇宙部品、医療機器などの製造およびカスタム部品の製造にも使用されます。ニーズに応じてカスタマイズできるため、芸術制作や教育の分野でも広く使用されています。

3.FDMはどのように機能しますか?

FDMの動作原理は、熱可塑性材料の溶融と層ごとの堆積に基づいています。プリントプロセスでは、加熱されたノズルが熱可塑性フィラメントを溶かし、溶融したフィラメントをコンピューター制御の経路を通じてビルドプラットフォームに押し出します。フィラメントは、プラットフォームに接触するとすぐに冷却されて固化し、物体の層を形成します。ノズルが移動し、プラットフォームが層ごとに下降する(またはノズルが層ごとに上昇する)と、このプロセスはオブジェクト全体が完全に印刷されるまで繰り返されます。

4.FDMが現在最も人気のある3D印刷技術であるのはなぜですか?

FDMは、主に低コスト、使いやすさ、材料の多様性、および幅広いアプリケーションを兼ね備えているため、現在最も人気のある3D印刷技術であり、個々のユーザー、中小企業、教育機関がこの技術を採用して利益を得るのが簡単です。

資源

1.溶融フィラメントの作製

2.熱溶解積層法による3DプリントPLA物体の表面改質:レビュー

3.溶融堆積モデリング用のカーボンナノチューブで強化されたポリビニルアルコール

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