Тривимірна друк: технологія fdm

Моделювання методом наплавлення (FDM-fused deposition modeling) - спосіб створення тривимірного об`єкта за допомогою безперервної нитки з термопластичного матеріалу. Технологію FDM розробив один із засновників компанії Stratasys Скотт Крамп ще в 1988 р. Вона полягає в створенні тривимірних об`єктів з розплавленого пластикового матеріалу.

Короткий опис процесу

Нитка виходить з великої котушки через рухомий екструдер принтера і відкладається на моделі, що будується. Рухом головки управляє комп`ютер. Як правило, основний маршрут пролягає в горизонтальній площині. За цей час вона встигає надрукувати один шар моделі за технологією FDM, а потім піднімається на невелику висоту і формує наступний шар.

Розплавлення нитки

Для більшості пристроїв тривимірного друку вихідний матеріал поставляється у вигляді котушки з намотаною на неї ниткою. Під час робочого процесу нитка видавлюється через екструдер. Екструдер має 2 кінця - холодний і гарячий. Холодний кінець призначений для витягування нитки з котушки за допомогою шестерень або роликів і подачі її в гарячий кінець. Швидкістю подачі нитки управляє кроковий двигун.

У гарячому кінці екструдера, що підтримує технологію FDM, розташовуються нагрівальна камера і сопло. У нагрівальну камеру подається розріджувач, призначений для розплавлення нитки. За допомогою нього вихідна сировина перетворюється в рідину. Розплавлений матеріал видавлюється з сопла тонкими липкими кульками і приклеюється до модельованого виробу. Діаметр сопла зазвичай становить від 0,3 до 1 мм. Залежно від застосовуваної сировини для тривимірного друку можуть використовуватися різні методи нагрівання і типи сопел.

Моделювання методом наплавлення (FDM)

FDM-технологія 3D-друку. Це один з найбільш поширених методів створення об`ємних предметів за допомогою 3D-принтера. Процесу друку передує підготовка моделі за допомогою програмних засобів. На цьому етапі створюється STL-файл (формат STL – stereolitography file format), що містить цифрову модель 3D. Модель розбивається на шари і орієнтується в просторі. При необхідності створюються опорні пристрої. Процес моделювання носить назву slicing - "поділ на шари".

Сопло встановлюється на стійці і переміщається в площині XY. У міру руху сопла по заданому маршруту воно відкладає в запрограмованих точках невеликі кульки розплавленого пластику, які контактують з підкладкою або раніше затверділими шарами і швидко засихають. Відповідно до технології FDM доріжки з розплавлених кульок розміщуються в максимальній близькості один до одного, забезпечуючи формування суцільного шару.

Як тільки буде завершено створення одного шару, платформа піднімається (опускається) по осі Z і приступає до створення наступного шару. Процес триває до тих пір, поки виріб не буде повністю готове.

Для якісного склеювання однієї доріжки з іншими необхідно підтримувати певну температуру виробу, тому система тривимірного друку міститься всередині камери, в якій підтримується температура трохи вище температури плавлення пластику.

В якості сировини можуть використовуватися такі матеріали, як полістирол, поліамід, полікарбонад, полімолочна кислота та інші. Ці матеріали мають різну міцність і різними температурними характеристиками. На міцність впливає навіть колір матеріалу.

Галузь застосування

FDM-Технологія друку використовується при створенні прототипів і в технологіях швидкого виготовлення. Швидке створення прототипів полегшує процес ітеративного тестування. Крім того, даний метод моделювання знайшов своє застосування в тканинної інженерії в медицині.

Перспективи 3D-друку

В даний час існує багато проектів, спрямованих на переробку пластикових відходів в матеріал для створення тривимірних об`єктів за допомогою комп`ютерної техніки. Кілька компаній займаються розробкою підтримують FDM технологію 3D-принтерів для домашнього використання.

Великою популярністю користується проект створення самокопіювального пристрою RepRap, який може створювати деталі такого ж пристрою. Іншими словами, воно має здатність до самовідтворення. Автори проекту вважають, що завдяки подібним пристроям в майбутньому відпаде необхідність в дорогій виробничої інфраструктури для створення складних виробів.