Что такое FDM 3D-печать: как она работает и для чего подходит
FDM — это моделирование методом наплавления (fused deposition modelling). Это самый распространённый способ печати пластиковых деталей на 3D-принтере и единственный процесс, который мы используем. В этом материале объясняем, как он работает, что делает хорошо, где у него пределы и как понять, подходит ли он для вашей детали.
Как работает FDM
Принтер подаёт термопластичный филамент в нагретое сопло, обычно диаметром 0,4 мм. Пластик плавится, выдавливается тонкой линией и укладывается на стол. Сопло рисует один слой; затем расстояние между соплом и деталью увеличивается на доли миллиметра, и следующий слой ложится поверх предыдущего. Типичная высота слоя — от 0,1 до 0,3 мм. Тонкие слои дают более гладкую поверхность, но печатаются дольше, поэтому высота слоя — один из главных компромиссов между качеством и временем.
Если у детали есть нависание, под которым пустота, принтер строит временные поддержки, которые потом удаляются. От того, как деталь повёрнута на столе, зависит, сколько поддержек понадобится и насколько прочной она получится, поэтому ориентация — часть любого плана печати.
Что FDM делает хорошо
- Функциональные детали из прочных инженерных пластиков, а не только визуальные модели.
- Оснастка, кондукторы и вспомогательные приспособления, облегчающие производство.
- Корпуса, короба и кронштейны, напечатанные одной деталью.
- Крупные детали, напечатанные целиком или частями, которые потом соединяются.
- Низкая стоимость детали, потому что не нужно платить за оснастку.
- Быстрые итерации: измените файл, напечатайте снова и сравните версии за несколько дней.
Поскольку не нужна ни пресс-форма, ни режущий инструмент, нет стоимости оснастки, которую нужно распределять на детали. Проверка файла и наладка задания — фиксированные затраты, поэтому очень маленький заказ дороже в пересчёте на деталь, чем более крупный, но FDM всё равно естественно подходит для прототипов и малых партий.
Где у FDM есть пределы
Линии слоёв видны на большинстве поверхностей, хотя шлифовка и покраска могут их скрыть. Напечатанная деталь слабее между слоями, чем вдоль них, поэтому направление нагрузки имеет значение. Как общий ориентир, хорошо настроенный FDM-принтер держит около ±0,2 мм или ±0,5 % размера, в зависимости от того, что больше. Это общая цифра для процесса, а не обещание для конкретной детали.
Мелкие детали ограничены диаметром сопла, поэтому элементы заметно уже 0,4 мм не получатся. Нависания круче примерно 45 градусов требуют поддержек, которые могут оставлять следы на поверхности, которой касаются. Отверстия получаются немного меньше, а острые внутренние углы немного скруглены, и хорошая конструкция учитывает это заранее.
Материалы для FDM
Мы в основном печатаем четырьмя материалами. PLA жёсткий и легко печатается, хорош для макетов, прототипов и деталей для помещений. PETG прочнее и лучше переносит влагу и химию, что делает его надёжным выбором по умолчанию для оснастки и корпусов.
ABS выдерживает больший нагрев, шлифуется и красится. TPU — гибкий резиноподобный материал для прокладок, рукояток и бамперов. На странице материалов они собраны рядом, а наш материал-сравнение объясняет, как выбирать между ними.
Когда FDM — не ответ
Если нужна очень тонкая глянцевая поверхность прямо с принтера или литьевая однородность в тысячах одинаковых деталей, FDM не лучший выбор, и мы скажем об этом честно. Для больших тиражей чаще стоит спрашивать, печатать или делать пресс-форму; мы сравниваем 3D-печать и литьё под давлением с простым расчётом точки окупаемости.
Как выглядит типичная работа на FDM
Когда видны шаги, проще понять, на что уходят время и деньги.
- Файл проверяется на пригодность к печати: стенки, нависания, размеры и ориентация.
- Выбираются настройки нарезки: высота слоя, число стенок, заполнение и поддержки.
- Деталь печатается: от менее часа для малой детали до суток и более для крупной.
- Поддержки удаляются, деталь очищается.
- По запросу выполняется отделка: шлифовка, грунтовка, покраска или сборка.
- Деталь проверяется по чертежу и передаётся заказчику.
Заполнение и прочность
Напечатанные детали обычно не сплошные внутри. Внешние стенки сплошные, а внутри находится заполнение заданной плотности, обычно 20-40 % для деталей общего назначения. Для прочности число и толщина стенок обычно важнее заполнения, поэтому тонкостенные детали хрупки даже при высоком заполнении. Деталь с высокой нагрузкой печатают с более толстыми стенками и более плотным заполнением.
Подходит ли FDM для вашей детали?
Быстрая проверка: деталь пластиковая, она должна работать или проходить испытания, а не только хорошо выглядеть, нужна одна деталь или малая партия, и видимые слои допустимы или их можно снять шлифовкой. Если большинство пунктов верно, FDM, скорее всего, подойдёт. Если вы не уверены в каком-то из них, именно этот вопрос стоит задать до того, как тратить деньги.
Есть деталь на примете? Отправьте нам файл, и мы честно скажем, подходит ли для неё FDM.
Обложка: Jakub Żerdzicki(откроется в новой вкладке) на Unsplash(откроется в новой вкладке).