Fused Deposition Modeling (FDM): Alles, was Sie wissen müssen
Fused Deposition Modeling oder FDM ist die wichtigste und bekannteste Technologie im 3D-Druck, kurz auch FFF genannt. S. Scott Crump entwickelte FDM Ende der 1980er Jahre und Stratasys brachte es 1990 auf den Markt. Ein weiteres wichtiges Jahr in der Entwicklung von FDM war 2005, als Professor Adrian Bowyer das RepRap-Projekt initiierte, die globale Bewegung, die dem selbstreplizierenden Open-Source-System zugrunde liegt 3D-Drucker mit demselben Namen.
So drucken Sie 3D mit Fused Deposition Modeling
FDM wird oft als die einfachste 3D-Drucktechnologie angesehen. Die grundlegenden Elemente für FDM sind im Wesentlichen drei: eine Druckplatte, auf die das Stück gedruckt wird; eine Filamentspule, die als Druckmaterial dient, und ein Extrusionskopf, auch Extruder genannt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Filament durch den Extruder des Druckers geschmolzen wird, der das Material Schicht für Schicht auf die Platte aufträgt.
Alles beginnt mit der Gestaltung des Objekts, das Sie in 3D drucken möchten, mithilfe einer 3D-CAD-Software (wie SolidWorks, TinkerCAD oder SelfCAD). Nach dem Zeichnen wird das 3D-Modell (häufig im .STL-Format) über einen Slicer (z. B. Cura oder Repetier) in mehrere Ebenen unterteilt, bevor die Druckparameter ausgewählt werden.
Der 3D-Drucker beginnt mit dem Drucken, wenn die Maschine die optimale Temperatur erreicht hat, normalerweise etwa 200 °C (392 °F), die zum Schmelzen des Materials erforderlich ist. Die beim Fused Deposition Modeling am häufigsten verwendeten Materialien sind PLA (Polymilchsäure) und ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol).
Sobald die Temperatur erreicht ist, wird das Filament mit einem Durchmesser von 1,75 mm oder 2,85 mm über eine Düse auf die Platte extrudiert. Dies bewegt sich durch Bewegung auf der X-, Y- und Z-Achse. Die Platte senkt sich ab und ermöglicht das Hinzufügen einer Schicht über die andere, bis das 3D-gedruckte Objekt fertig ist.
Während des Druckens können Stützen hilfreich sein, um das Modell zu stützen und ein Zusammenfallen zu verhindern. Diese Träger können aus dem gleichen Material wie das Objekt, einem wasserlöslichen Material oder Limonen bestehen. Einige komplexere 3D-Drucker sind möglicherweise mit mehreren Extrudern ausgestattet, um verschiedene Farben und Trägermaterialien zu mischen.
Mit FDM-3D-Druckern kompatible Materialien
FDM-Drucker sind mit einer Vielzahl thermoplastischer Polymere kompatibel, z PLA Und ABS, aber auch Polycarbonate (PET, PS, ASA, PVA, Nylon), Verbundfilamente auf Basis von Metall, Stein, Holz und vielem mehr. Diese Verbindungen weisen häufig interessante mechanische Eigenschaften wie Leitfähigkeit, Biokompatibilität oder Thermobeständigkeit auf. Indem Sie den Extruder eines 3D-Druckers durch ein Spritzensystem ersetzen, können Sie auch Stücke aus Ton oder sogar essbaren Materialien wie Schokolade herstellen! Der Preis dieser Materialien variiert. Um eine Vorstellung zu geben: 1 kg PLA-Filamente wird für etwa 35 € vermarktet.
Es gibt einige vielversprechende neue Projekte, die versuchen, polychrome Stücke zu schaffen, die Tausende von Farben kombinieren. Dazu gehört unter anderem der Da Vinci Color von XYZprinting. Diese Projekte kombinieren oder färben Filamente, um den gesamten CMYK-Farbraum mit über 10 Millionen verfügbaren Kombinationen zu erreichen.
Preise, Leistungen und Spezifikationen des FDM 3D-Drucks
Der Preis von FDM-3D-Drucker variiert erheblich. Der günstigste, modulare RepRap-Typ beginnt bei 300 €. Der Preis steigt exponentiell auf bis zu 2.500 € für Mittelklassemodelle und bis zu 10.000 € für professionelle Maschinen. Die Hauptakteure auf dem Markt sind der historische Hersteller Stratasys sowie Marken wie MakerBot (2013 von Stratasys übernommen), Ultimaker und Prusa.
Obwohl einige 3D-Drucker dünne Schichten mit einer Dicke von bis zu 50 Mikrometern drucken können, ist die FDM-Druckqualität im Vergleich zu anderen Technologien, wie beispielsweise der Stereolithographie, nicht die beste. Das Volumen, das 3D-Drucker drucken können, beträgt normalerweise 12 x 12 x 12 cm, obwohl XL-Drucker bis zu 30 x 30 x 30 cm und extreme Drucker sogar mehr als einen Kubikmeter drucken können.
Abhängig vom verwendeten Mechanismus gibt es verschiedene Arten von FDM-3D-Druckern. Kartesische 3D-Drucker verwenden X-, Y- und Z-Achsenkoordinaten, während Polarmodelle Polarkoordinaten (Winkel und Länge) verwenden. Es sind auch Delta-Drucker mit vertikalem Aufbau, rundem Druckbett und festem Dreiarm-Extruder erhältlich. In jüngerer Zeit wurden Roboterarme mit mehreren Rotationsachsen für FDM-3D-Drucker auf den Markt gebracht.
Fused Deposition Modeling (FDM) auf den Punkt gebracht
Niedrige Kosten, einfache Verwaltung und schnelle Ausführung machen den FDM-Druck zu einer beliebten Technik. Die Bereiche, in denen diese Technologie Anwendung findet, sind unterschiedlich: Luft- und Raumfahrt, Automobil, Architektur, Medizin, Kunst und andere. Sein Haupteinsatzgebiet ist das schnelle Prototyping oder die Validierung visueller Modelle oder Funktionsteile. Die Filamentextrusion kann aufgrund ihres umfangreichen Katalogs an Thermoplasten problemlos in der Kleinserienfertigung eingesetzt werden.
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