Технология 3D-печати FDM — принцип работы, материалы, оборудование

FDM (Fused Deposition Modeling) — самая популярная технология 3D‑печати. Ее применяют при быстром прототипировании и изготовлении конечных изделий в промышленности, дизайне, архитектуре, образовании, науке, бизнесе. FDM-принтеры также используют для мелкосерийного производства, макетирования, изготовления мастер-моделей и запасных частей.

Принцип FDM заключается в послойном выращивании изделия расплавленным пластиком. Алгоритм печати примерно следующий.

3D‑модель в формате STL передается в программное обеспечение 3D‑принтера.

Программа автоматически (или оператор вручную) располагает модель в виртуальном пространстве рабочей камеры. Затем программа генерирует поддерживающие элементы , если это необходимо, а также рассчитывает расход материала и время печати.

Перед запуском процесса печати модель разделяется на горизонтальные слои. Программа рассчитывает пути перемещения печатающей головки.

Модель с вертикальными элементами поддержки

Запускается собственно процесс печати. Нагревающая головка (экструдер) расплавляет тонкую пластиковую нить и послойно укладывает ее в заранее определенных местах согласно данным 3D‑модели. Материал охлаждается и затвердевает.

Когда слой закончен, платформа перемещается вниз или вверх (зависит от модели 3D-принтера), и новый слой наплавляется на уже схватившийся. Этот процесс повторяется, пока модель не будет полностью готова.

Вспомогательные конструкции (поддержки для нависающих краев), если они были, после завершения печати удаляются вручную или растворяются в специальной жидкости.

Изделие может быть использовано в напечатанном виде или подвергнуто постобработке: шлифовке, грунтовке, покраске и т.д.

Сувенир. Сделано Глобатэк

3D-принтеры FDM предназначены для печати разными термопластиками, в том числе высокотемпературными. Существуют десятки (если не сотни) видов FDM-материалов для разных задач. Они различаются по цвету, прочности, устойчивости к деформации, температуре плавления, цене, токсичности.

Материалы для FDM-печати выпускает множество производителей (Россия, Китай, Европа), марки которых имеют разные физико-механические свойства. Это еще больше расширяет выбор. Пластики для FDM-печати продаются в виде нитей (филамента), прутков или гранул.

Подробнее о пластиках для FDM-печати >>

Колпак из высокотемпературного материала ULTEM. Сделано Глобатэк

Низкая себестоимость и простое обслуживание

Это самый доступный метод 3D-печати. Дорогостоящая установка оборудования не требуется. Детали для FDM-принтеров можно найти быстро и дешево.

В большинстве систем FDM вы получаете возможность регулировать скорость построения, высоту слоя, скорость работы охлаждающего вентилятора и т.д. Например, если вам нужно быстро производить крупные компоненты, вы можете использовать сопла большего размера и более толстые слои материала.

Если вы используете относительно простую в использовании нить, например PLA, вы можете научиться печатать базовую модель на 3D-принтере всего за несколько минут. Система логична и достаточна проста для понимания. В сети есть множество обучающих материалов по работе с FDM и готовых для загрузки в ПО 3D-принтера цифровых моделей.

Таблички для стеллажа. Сделано Глобатэк

На основе технологии FDM работают как дешевые домашние принтеры, так и промышленные высокоточные системы. На рынке существует большой выбор моделей для разных задач. Ниже — коротко о некоторых популярных машинах.

Пикасо дизайнер ХЛ ПРО С2

Печатает быстро и без потери качества. Камера размером 360х360х610 мм позволяет создавать объемные объекты. Целевая температура в камере поддерживается во время всей печати. Благодаря этому используется весь полезный объем камеры практически для любых материалов.

Этот 3D-принтер отечественной сборки представляет собой надежную профессиональную систему 3D-печати с двойным экструдером и широким спектром совместимых материалов. Подходит для печати прототипов и мелкосерийного производства.

Работает с высокотемпературными пластиками. Отсек для предварительной сушки позволяет подготовить материал к печати, благодаря чему он ложится стабильнее и точнее. Особая система подачи пластика позволяет изготавливать изделия с точностью до 50 микрон.

3D-принтер Picaso Designer XL PRO S2 (Series 2). Фото: Глобатэк

FDM-детали устойчивы к эксплуатационным нагрузкам. Поэтому их используют для замены металлических компонентов в разных сферах. Например, марсоход NASA имел около 70 термопластиковых деталей, которые выдерживали сверхагрессивные условия космоса.

Многие FDM-принтеры обладают большими камерами построения, что позволяет печатать крупногабаритные изделия, например, турбины. Поэтому они успешно применяются в аэрокосмосе, судостроении, автомобилестроении.

Выбор филаментов для FDM очень широк и позволяет печатать как однотонные или прозрачные, так и цветные изделия. Некоторые современные модели принтеров оборудованы системами автоматического переключения между катушками , что позволяет использовать в одном проекте до 16 цветов. При желании готовые детали можно красить.

Копия детали. Сделано Глобатэк

FDM — самая популярная технология изготовления недорогих прототипов для проверки внешнего вида и функционирования конечной продукции. Приближенные по точности к серийным изделиям, прототипы позволяют быстро и экономично проверять идеи, вносить улучшения, исправлять ошибки.

FDM-печать — способ быстро заменить сломанную или снятую с производства деталь. Сначала объект с помощью 3D-сканера копируется по имеющейся информации или образцу. Сломанные элементы сшиваются в цифровом виде. Полученная 3D-модель загружается в ПО принтера, настраивается печать. В результате получается точная копия утраченной детали.

Такой подход применяется в машиностроении, обрабатывающей промышленности, биомедицинской инженерии, дизайне и многих других отраслях.

Часть вентиляционной системы. Сделано Глобатэк

Один из самых популярных материалов в сфере 3D-печати по технологии FDM. Хорошие физико-механические свойства позволяют использовать его для печати декоративных моделей и прототипирования, для деталей, работающих под нагрузкой.

Ударопрочный пластик, отлично подходит для 3D-печати предметов, несущих нагрузку: шестерней, механизмов, корпусов, крючков, рукояток, держателей. Хорошо поддается механической обработке и покраске.

Детали из PLA. Сделано Глобатэк

Этот пластик отличается устойчивостью к высоким температурам, имеет выдающиеся механические и эксплуатационные характеристики. В некоторых случаях позволяет заменять металлы, например в производстве авиационных деталей или медицинских имплантатов.

Этот термопластик идеален для аэрокосмической, автомобильной и оборонной отраслей. Им печатают функциональные прототипы и конечные изделия.

Набор трубок из пластика ULTEM. Сделано Глобатэк

Примеры изделий, созданных по технологии FDM

Прототип воздухозаборника, ABS

Мастер-модель динамика, PLA

Прототип для тестов, ULTEM 9085

3D‑принтеры, работающие по технологии FDM

Picaso Designer XL PRO S2 (Series 2)

Intamsys Funmat Pro 610HT

8 самых популярных вопросов о FDM-печати

FDM (Fused Deposition Modeling) — это технология, при которой пластиковая нить (филамент) расплавляется и выдавливается через нагретое сопло. Каждый новый слой пластика наплавляется на уже схватившийся. Таким образом печатают как прототипы, так и функциональные изделия. FDM предназначена как для единичного, так и для мелкосерийного производства. Это самый доступный и популярный метод 3D-печати.

Существуют сотни видов пластиков для FDM-печати в виде нитей (филамента) или прутьев. Они различаются по температуре плавления, цене, механической прочности, химической стойкости, жесткости, цвету и другим параметрам. Выбор конкретного материала зависит от задачи, возможностей оборудования и бюджета пользователя. Для первых шагов часто выбирают PLA, т.к. он не требует специальных условий печати, доступен по цене и не имеет стойкого запаха. Массово используется ABS, подходящий для решения большинства задач.

На FDM-принтерах печатают прототипы, рабочие модели, макеты, функциональные изделия. По назначению это могут быть как бытовые мелочи — органайзеры, крепления для полок, декор, элементы салона автомобиля и т.д., так и промышленные детали — крепления, шестерни, корпуса, оснастка и многое другое. Из гибких пластиков (TPU) получаются протекторы, амортизаторы и чехлы, а из композитов с углеволокном — очень жесткие конструкционные элементы. Размер изделия ограничен только рабочим объемом камеры. Доступна печать разными цветами одной детали.

Существуют как любительские, так и профессиональные машины. Последние работают с более широким спектром материалов, в том числе с высокопрочными пластиками. Промышленные принтеры, как правило, оснащены подогреваемыми платформами и закрытыми камерами, что способствует более стабильной печати. Выбор принтера зависит от бюджета пользователя, размера и условий эксплуатации будущей детали, единичного или серийного производства, возможностей помещения.

Прежде всего — на параметры камеры. Если не требуется печать крупных объектов, то принтер с камерой объемом от 150x150x150 мм может стать подходящим выбором. Профессиональные 3D-принтеры чаще всего оснащены закрытой камерой, которая защищает изделие от сквозняков и обеспечивает более стабильную печать. Камера с пассивным подогревом снижает риск деформации материала, способствует улучшенном сцеплению слоев. Активный подогрев нужен для печати полноразмерных деталей высокотемпературными пластиками.

Сложность представляют минимальные размер детали, а также нависающие элементы, острые углы, тонкие стенки, резьба,подвижные соединения. Тем не менее, возможности современных FDM-принтеров позволяют создавать даже миниатюрные и сверхсложные детали для различных задач. Например, часто вместе с нависающими элементами печатают временные структуры поддержки — потом их удаляют. Успех зависит от выбора оборудования, настроек и материала, а также от мастерства оператора.

От сцепления первого слоя с платформой зависит в целом качество печати изделия. Чтобы улучшить сцепление, следует проверить чистоту поверхности, настройки калибровки, высоту сопла, скорость печати, настройки охлаждения. Для достижения наилучших результатов стоит экспериментировать с различными настройками и печатать тестовые образцы, пока не будет достигнуто желаемое сцепление слоев. При необходимости можно нанести на платформу специальное средство — клей, лак, пленку или каптоновую ленту.

Детали сложных или крупных моделей часто приходится печатать по отдельности, а потом соединять. Самый прочный способ соединения — резьбовые вставки, устанавливаемые при помощи нагрева. Отверстия под вставки задают на этапе моделирования изделия. Непосредственно для установки используют паяльник или автоматизированный пресс. Необходимо учитывать температуру размягчения конкретного пластика.

Получить консультацию по выбору 3D‑принтера

Позвоните +7 495 646-15-33

Оставьте заявку на звонок

Я принимаю условия политики обработки персональных данных и даю согласие на обработку моих персональных данных для рассмотрения заявки