Fused Deposition Modeling (FDM): allt du behöver veta

Källa: 3dnatives.com

Fused Deposition Modeling eller FDM är den främsta och mest kända tekniken inom 3D-utskrift, även känd som FFF (Fused Filament Fabrication) för korthetens skull. S. Scott Crump utvecklade FDM i slutet av 80-talet och Stratasys kommersialiserade den 1990. Ett annat viktigt år i utvecklingen av FDM var 2005, då professor Adrian Bowyer startade RepRap-projektet, den globala rörelsen bakom de självreplikerande 3D-skrivare med öppen källkod som bär samma namn.

Hur man 3D-printar med Fused Deposition Modeling

FDM anses ofta vara den enklaste 3D-utskriftstekniken. De grundläggande elementen för FDM är i huvudsak tre: en byggplatta på vilken delen skrivs ut; en filamentrulle som fungerar som utskriftsmaterial och ett extruderingshuvud, även kallat extruder. Sammanfattningsvis smälts filamentet av skrivarens extruder, som deponerar materialet lager för lager på plattan.

Allt börjar med designen av objektet som ska 3D-printas via en 3D CAD-mjukvara (såsom SolidWorks, TinkerCAD eller SelfCAD). När den är ritad delas 3D-modellen (ofta i .STL-format) upp i flera lager med hjälp av en Slicer (såsom Cura eller Repetier) innan utskriftsparametrarna väljs.

3D-skrivaren börjar skriva ut när maskinen har nått den optimala temperaturen, vanligtvis cirka 200°C (392°F), vilket krävs för att smälta materialet. De material som används mest vid Fused Deposition Modeling är PLA (polylaktid) och ABS (akrylnitril-butadien-styren).

När temperaturen uppnåtts extruderas filamentet med en diameter på 1,75 mm eller 2,85 mm på plattan via ett munstycke. Detta rör sig längs X-, Y- och Z-axlarna. Plattan sänks ned vilket tillåter tillsats av ett lager på det andra tills det 3D-printade objektet är klart.

Under utskriften kan stödstrukturer vara användbara för att hålla uppe modellen och förhindra att den kollapsar. Dessa stöd kan göras av samma material som objektet, av ett vattenlösligt material eller av limonen. Vissa mer avancerade 3D-skrivare kan vara utrustade med flera extruders för att kombinera olika färger och stödmaterial.

Material kompatibla med FDM 3D-skrivare

FDM-skrivare är kompatibla med ett brett utbud av termoplastiska polymerer som PLA och ABS, men även polykarbonater (PET, PS, ASA, PVA, Nylon), kompositfilament baserade på metall, sten, trä och mycket mer. Dessa föreningar har ofta intressanta mekaniska egenskaper såsom konduktivitet, biokompatibilitet eller värmebeständighet. Genom att byta ut extrudern på en 3D-skrivare mot ett sprutsystem är det dessutom möjligt att skapa delar med lera eller till och med med ätbara material som choklad! Priset på dessa material varierar; som en referens säljs 1 kg PLA-filament för cirka 35 €.

Det finns några lovande nya projekt som försöker tillhandahålla polykroma delar för att kombinera tusentals färger. Dessa inkluderar, bland annat, Da Vinci Color från XYZprinting. Dessa projekt kombinerar eller färgar filamenten för att erhålla hela CMYK-färgskalan med över 10 miljoner tillgängliga kombinationer.

Priser, prestanda och specifikationer för FDM 3D-utskrift

Priset på FDM 3D-skrivare varierar avsevärt. De billigaste av typen RepRap-byggsats börjar på 300 €. Priset stiger exponentiellt till 2 500 € för mellanklassmodeller och upp till 10 000 € för professionella maskiner. De viktigaste aktörerna på marknaden är den historiska tillverkaren Stratasys samt varumärken som MakerBot (förvärvat av Stratasys 2013), Ultimaker och Prusa.

Även om vissa 3D-skrivare kan skriva ut tunna lager med en tjocklek ner till 50 mikron, är FDM-utskriftskvaliteten inte den bästa jämfört med andra tekniker, som till exempel stereolitografi. Volymen som 3D-skrivare kan skriva ut är vanligtvis 12x12x12 cm, även om XL-skrivare kan skriva ut upp till 30x30x30 cm och "extreme"-skrivare kan skriva ut mer än en kubikmeter.

Det finns olika typer av FDM 3D-skrivare beroende på vilken mekanism som används. Cartesiska 3D-skrivare använder koordinaterna för X-, Y- och Z-axlarna, medan polära modeller använder polära koordinater (vinkel och längd). Det finns även delta-skrivare med en vertikal struktur, en rund byggplatta och en fast extruder med tre armar. På senare tid har robotarmar med flera rotationsaxlar introducerats på marknaden för FDM 3D-skrivare.

Fused Deposition Modeling (FDM) i korthet

Låg kostnad, enkel hantering och snabb utförandehastighet gör FDM-utskrift till en populär teknik. Sektorerna där denna teknik används är flera: flyg- och rymdindustrin, fordonsindustrin, arkitektur, medicin, konst och andra. Dess främsta användningsområde är snabb prototypframtagning eller validering av visuella modeller eller funktionella delar. Filamentextrudering kan enkelt användas i småskalig produktion med sitt breda utbud av termoplaster.