FDM tiskanje: Kaj je FDM?

FDM tehnologija je izredno popularna v številnih industrijah. V tem blogu o FDM tisku bomo spoznali: kaj je FDM tiskanje, kako deluje, glavne komponente tega principa in kompatibilne filamente. Dotaknili se bomo tudi vsakega koraka FDM tiska, njegovih prednosti in slabosti, pogostih ovir ter kako jih premagati. Kar pogumno si preberite blog ter se podučite o različnih načinih, kako izboljšati svoje sposobnosti tiska.

Uvod v FDM tiskanje

FDM je izredno razširjena tehnologija, ki se uporablja v mnogih industrijah in je na globalni ravni implementirana v največ 3D printerjev. Tako, da je FDM tehnologija najbrž prva stvar na katero pomislite, ko slišite besedno zvezo »3D tisk«.

Kaj je FDM tiskanje?

FDM je kratica, za katero se skriva angleški izraz »Fused Deposition Modeling«. To je proces, v katerem nastajajo objekti, ki so narejeni z dodajanjem več plasti materiala, eno na drugo. Za uspešno izvajanje tega procesa so potrebni termoplastični filamenti, ki se jih dovaja v ekstruder. Ekstruder poskrbi za to, da so filamenti ustrezno razporejeni ter da se nalagajo v plasti, ki nato generirajo določen model ali tisk.

FDM tiskanje se poslužuje osnovne metode, imenovane aditivna proizvodnja (ang. Additive manufacturing). Ta metoda je čisto nasprotje tradicionalni proizvodnji, ki je subtraktivna in vključuje odvzemanje materiala.

Razumevanje FDM tiskanja

Celoten postopek FDM tiskanja je preprost. Deluje tako, da zaporedoma nanaša plasti staljenega filamenta, ki se dovaja skozi ekstruder, neposredno na tiskalno ploščo, dokler ne tvori tiskalnega dela. Toda najprej morate vstaviti oblikovno datoteko za tisk (datoteko STL), da jo bo FDM stroj lahko pretvoril v fizične dimenzije.

Ko je zasnova pripravljena, morate v tiskalnik vstaviti kolut s filamentom. Ko šoba doseže ustrezno temperaturo, tiskalnik poda filament skozi ekstruzijsko glavo in šobo. Ta ekstruzijska glava je povezana s triosno napravo. Tako se premika vzdolž osi X, Y in Z. Tiskalnik potisne drobne pramene staljenega filamenta in jih položi plast za plastjo po poti, določeni z zasnovo.

Prednosti FDM tiskanja

• Mogoče je uporabiti kompleksne oblike in votline.
• Precej čisto, enostavno in pisarni prijazno.
• Je stroškovno učinkovito, kar pomaga znižati proizvodne stroške.
• Skrajša čas izdelave, zato so izdelki hitreje izdelani oziroma dostopni na trgu.
• Termoplasti, ki se uporabljajo v FDM, so mehansko in okoljsko stabilni.

FDM tehnologija bolj podrobno

Na tej točki že poznate osnovni koncept FDM tiskanja, vendar pa je za popolno razumevanje postopka potrebno spoznati tudi komponente FDM tiskalnikov.

Komponente FDM tiskalnikov

FDM tiskalniki imajo nekaj ključnih delov, ki skupaj soustvarjajo celoten proces 3D tiska. Poglejmo, kaj sestavlja FDM tiskalnik::

Ekstruder

V ekstruder vstavimo filament. Ima hladen konec za dovajanje filamentov in vroč konec za njihovo taljenje. Staljeni filament nato poganja motor do majhne šobe, ki ekstrudira filament čez tiskalno ploščo v plasteh.

Tiskalna plošča

Tiskalna plošča je ravna površina, kamor šoba odlaga filament za ustvarjanje 3D tiska. Običajno gre za ogrevano površino, ki vzdržuje določeno temperaturo med plastmi skozi celoten proces tiskanja za boljši oprijem plasti in površine. Ogrevane površine prav tako zmanjšajo tveganje upogibanja in se lahko premaknejo z osi X na Y, da se prilagodijo dimenzijam predmeta. Zato je zelo pomembno, da pridobite kvalitetno podlogo za dober končni 3D rezultat.

Filament

FDM uporablja industrijsko termoplastiko, kot sta ABS in PETG, izdelano v dolgi tanki niti, naviti na kolut, ki se imenuje filament. Glede na vaš FDM tiskalnik je lahko premer filamenta približno 1,75 mm do 3 mm. Izkoristite možnosti živahnih filamentov in jih prilagodite, da sprostite svojo ustvarjalnost.

Nadzorni sistem

Nadzorni sistem FDM tiskalnika nadzoruje postopek tiskanja. Ima mikrokrmilnik, ki prevaja ukaze iz programa za rezanje modela (angl. slicer), nadzoruje tiskalno posteljo in temperaturo ekstruderja ter uravnava gibanje motorjev, medtem ko spremlja druge nastavljene parametre.

Materiali za FDM tiskanje

Vse vrste filamentov niso združljive s FDM tiskalniki. Tukaj je seznam običajnih filamentov, ki so najbolj združljivi s FDM tiskalniki.

Pogosti tipi filamentov

PLA

Polilaktična kislina ali PLA je eden najpogosteje uporabljenih FDM filamentov zahvaljujoč nizkemu odstotku upogibanja, enostavnemu tiskanju, sijajnemu zaključku in minimalnemu sproščanju vonja v celotnem procesu tiskanja. Proizvajalci kot surovini za PLA uporabljajo sladkorni trs in koruzni škrob. Ta filament je opremljen z nizom živahnih barv za tiskanje modelov in prototipov.

ABS

Akrilonitril butadien stiren je termoplast industrijskega razreda, znan po svoji vzdržljivosti in višji odpornosti na vročino in udarce. Za ABS morate uporabiti ogrevano površino, da zmanjšate upogibanje, kot tudi tehnike naknadne obdelave, da bodo tiski sijoči. Filament je priljubljena izbira za tiskanje funkcionalnih komponent, električnih ohišij in avtomobilskih delov.

PETG

Še en filament, združljiv s FDM, je PETG, ki vključuje lastnosti PLA in ABS, zaradi česar je močan, trpežen in prozoren. PETG ima visoko kemično odpornost in odpornost na udarce, zato je popularna izbira pri izdelavi medicinske opreme, razstavnih modelov, posod za hrano, steklenic in še veliko več.

TPU

TPU se v glavnem uporablja pri izdelavi tesnil, etuijev za telefone in obutve zaradi svoje prožnosti in lastnosti blaženja udarcev. Vključuje lastnosti gume, vendar se njegova stopnja trdote razlikuje od žilave do toge in elastične do mehke.

ASA

ASA je modificirana oblika ABS z veliko podobnimi lastnostmi, vendar ima boljšo odpornost na UV žarke, udarce in vremenske vplive. Ima boljšo kemično in toplotno odpornost skupaj z veliko mehansko trdnostjo, zato je primeren za tiskanje funkcionalnih in avtomobilskih delov, uporabo na prostem, napise in drugo.

Proces FDM tiskanja korak za korakom

V tem razdelku bomo korak za korakom razložili postopek FDM tiskanja za izdelavo visokokakovostnih 3D tiskov.

Priprava 3D modela

Najprej potrebujete 3D model in tukaj večina ljudi naredi ključne napake, ki lahko kasneje povzročijo slab 3D tisk. Upoštevajte dve spodaj razloženi stvari ter se izognite tem napakam.

Oblikovalski vidiki

Pri oblikovanju modela ljudje pogosto delajo nekaj pogostih napak, kot je uporaba nepotrebnih podpornih struktur brez orientacije, kar posledično pomeni izgubo časa in filamentov. Če debelina ni natančna, postane tisk krhek. Zato si pred tiskanjem zapomnite naslednje vidike oblikovanja:

• zmanjšajte previse s postopnimi koti;
• gibljivim delom zagotovite ustrezne razdalje in tolerance;
• zagotovite robove in zaokrožitve;
• nadzorujte odvajanje toplote;
• izboljšajte oprijem plasti;
• uporabite tehnike naknadne obdelave;
• ne oblikujte ničesar, kar bi preseglo zmogljivosti tiskalnika.

Uporaba programske opreme CAD za izdelavo modela

Uporabite programsko opremo CAD (angl. Computer Aided Design Software) za ustvarjanje in spreminjanje načrtov. Seznanite se z orodji in vmesnikom programske opreme. Pravilno prilagodite velikost modela, da zagotovite pravilno velikost tiskanja in preprečite deformacije.

Raziščite orodja za 2D risanje za risanje osnovne oblike tiska in jo nato spremenite v 3D model. Za podrobnosti uporabite programsko opremo. Dizajnu dodajte funkcije in spremenite njegove dimenzije. Pojdite na orodje za analizo in preverite napake ter naredite prilagoditve.

Izberite pravo obliko datoteke, da shranite model in ga prenesite v rezalnik. Določite parametre za tiskanje, da pridobite G-kode in jih naložite v tiskalnik, da začnete tiskati.

Sedaj je na vas, da pogosto preverjate tiskanje in po potrebi odpravljate težave.

Rezanje modela

Ko je vaš model narejen je čas, da ga razrežete s programsko opremo »Slicer Software«. Ta programska oprema oceni zahtevano količino filamenta in izračuna pot za izdelavo tiska.

Pregled programske opreme Slicer Software

Rezalnik, kot pove že ime, tanko reže (0,1–0,3 milimetra) 3D model v plasteh. Programska oprema ustvari G-kode ali dolg seznam navodil, ki določajo pot za ekstruder. V skladu z navodili ekstruder ekstrudira filament v plasteh, da ustvari izdelek. Rezalnik tudi oceni zahtevano gostoto polnila, temperaturo in hitrost tiskanja.

Prilagoditev nastavitev rezalnika

Za nekaj prilagoditev lahko preprosto odprete programsko opremo in uredite nastavljene parametre. Medtem ko delate, pomislite na želeno kakovost tiskanja, posebnosti modela in lastnosti filamenta. Priporočljivo je, da izvedete nekaj poskusov, dokler ne najdete pravih nastavitev.

Vstavljanje filamenta in kalibracija tiskalnika

Postopki vstavljanja filamentov

Preberite priročnik za tiskalnik. Tiskalnik predhodno segrejte ter pripravite filament, preden ga vstavite skozi hladni konec ekstruderja. Na tej točki se filament stopi in teče do šobe, potem ko doseže ekstruder.

Kalibracija plošče in kalibracija šob

Uporabite orodje za izravnavo ali list papirja, da ponovno nastavite gumbe na tiskalni plošči in jo premaknite blizu ali dlje od šobe. Ta postopek morate ponoviti za vse točke plošče, da zagotovite, da je šoba pravilno poravnana. Za kalibracijo šob preverite razdaljo šob na različnih straneh tiskalne plošče.

Začetek tiskanja

Po tem, ko je vse pripravljeno glede na navodila se lahko tiskanje začne.

Pošiljanje modela tiskanja v tiskalnik

Prenesite G-kode v tiskalnik prek omrežne povezave ali SD kartice in izberite datoteko modela za začetek tiskanja.

Spremljanje napredka tiskanja

Celoten postopek morate aktivno spremljati, saj so težave, kot so upogibanje, slab oprijem prvega sloja ali zastoji filamentov, pogoste tiskanju. V kolikor zaznate te težave naredite potrebne prilagoditve, da dobite kakovostne natise.

Prednosti FDM tiskanja

FDM tiskanje ima veliko prednosti v različnih sektorjih. V tem razdelku bomo razpravljali o prednostih te tehnologije.

Vsestranskost in širok spekter uporabe

FDM ponuja različne aplikacije, od izdelave prototipov do raziskovanja. V nadaljevanju si bomo ogledali nekatere od teh aplikacij.

Izdelava prototipov

FDM omogoča hiter čas preobrata, kar omogoča hitro ponovitev in hitro izdelavo prototipov dizajnov. Pospešuje razvojni cikel izdelka in skrajša čas do trženja.

Izdelava in proizvodnja

FDM tehnologija odpravlja proizvodne težave tradicionalne proizvodnje in spodbuja hitrejšo izdelavo prototipov ter uporabo kompleksnih geometrij pri načrtovanju modelov.

Izobraževanje in raziskovanje

Raziskovalci in študenti si lahko zamislijo in ustvarijo fizične modele, ocenijo koncepte oblikovanja in izvedejo ustrezne prilagoditve s to tehnologijo. Je odlična učna metoda, saj lahko učenci postanejo ustvarjalni pri svojih načrtih.

Stroškovna učinkovitost in dostopnost

Cenovna dostopnost FDM tiskalnikov

Ti tiskalniki so na voljo v različnih kategorijah. Začetni tiskalnik lahko dobite za nekaj sto evrov, če želite napredne modele z najboljšimi lastnostmi, pa vas lahko to stane okoli 10 tisočakov ali več.

Razpoložljivost filamentov

ASA, TPU, PLA in PETG so nekatere izmed najboljših možnosti filamentov za FDM tiskalnike, njihova glavna prednost pa je, da so široko dostopni. Preprosto uporabite kakovosten filament, ki dopolnjuje vaš oblikovalski model, da si zagotovite vrhunske tiske.

Omejitve in izzivi

Čeprav ima tehnologija tiskanja številne prednosti, ne moremo mimo nekaterih njenih omejitev. Z nekaj nasveti in triki je te omejitve mogoče premagati. Sledijo pogosti izzivi, s katerimi se ljudje srečujejo med tiskanjem.

Vidne črte med sloji in površinska obdelava

Groba površina in vidne črte med sloji sta prvi težavi pri tej vrsti tiskanja, saj poslabšujeta estetiko tiska.

Minimiziranje črt med sloji

Če želite odpraviti to težavo, uporabite majhno šobo, prilagodite hitrost tiskanja in temperaturo ter znižajte višino plasti. Nadgradite hladilni sistem, da zmanjšate segrevanje in izboljšate oprijem plasti.

Tehnike naknadne obdelave

Za boljšo obdelavo površine uporabite tehnike naknadne obdelave, kot je brušenje, da zgladite grobost. Za zagotovitev splošne gladkosti tiska polirajte z brusnimi papirji. Hlapi acetona ali podobni izdelki so odlični za gladko končno obdelavo.

Dimenzijska natančnost in toleranca

Pomembno je zagotoviti dimenzijsko natančnost in toleranco, da dosežete funkcionalne prototipe, ki ustrezajo vašemu standardu. Toda nekaj dejavnikov lahko povzroči težave, ki uničijo tisk, in to so:

Dejavniki, ki vplivajo na dimenzijsko natančnost

Neusklajen premer filamenta, slab hladilni sistem, upogibanje, napačna temperatura ekstruderja in krčenje lahko vplivajo na dimenzijsko natančnost tiska. To težavo lahko povzročijo tudi višina plasti, hitrost tiskanja in slab oprijem prve plasti.

Kalibracija in optimizacija

Pri tej težavi lahko pomagata kalibracija in optimizacija za kar se da natančno tiskanje. Poravnajte tiskalno posteljo za izboljšanje oprijema prve plasti in prilagodite višino plasti. Ponovno prilagodite nastavitve ekstruderja, da se izognete dimenzijskim napakam. Preverite, ali je pretok točen, ter izmerite hitrost in temperaturo tiskanja.

Previsi in podporne konstrukcije

Nepodprti previsi lahko povzročijo neuspešno tiskanje. Prekomerne podporne strukture med tiskanjem zapletenega tiska pa lahko podaljšajo čas tiskanja. Prav tako lahko pusti sledi, zaradi česar je površina groba.

Ukvarjanje s previsi

Uporaba začasnih podpornih struktur zmanjša to težavo. Rezalnik lahko ustvari to podporo ali pa jih dodate sami za zmanjšanje deformacijo tiska. Po končanem tiskanju jih lahko odstranite.

Vrste podpornih konstrukcij

Podporne strukture so na voljo v različnih oblikah, kot je drevesasta podpora za zmanjšanje izgube filamenta. To strukturo je tudi enostavno odstraniti. Če tisk potrebuje močno oporo, izberite bolj gosto oporo, ki pa jo je nekoliko težje odstraniti. Druga vrsta struktur je prilagojena podpora, kjer lahko postavite podpore samo na potrebna mesta.

Odpravljanje težav in nasveti za uspešno FDM tiskanje

Pogoste težave in rešitve

Tiskanje s FDM tehnologijo res vključuje nekaj težav, ki se ne zelo razlikujejo od tradicionalnega tiskanja. Med njimi so najpogostejši problemi:

Težave z upogibanjem in oprijemom na tiskalno površino

Ti dve težavi se večinoma zgodita, ko se filament ne drži, če postelja ni pravilno ogreta ali je oprijem prvega sloja slab. Rešitev je uporaba ogrevane površine. Pri tej težavi pomagajo tudi ohišja in lepila. Preverite temperaturo in hitrost tiskanja ter pred tiskanjem vedno očistite tiskalno ploščo.

Nizanje in izcejanje

Preostala nitka lahko še naprej teče v ne-tiskajočih potezah, kar povzroči nanizanje in izcedek. Vzroki so lahko slabo izravnana postelja, visoka hitrost tiska ali previsoka temperatura iztiskanja.

Zato prilagodite nastavitve umika ter regulirajte hitrost in temperaturo tiskanja, da ublažite težavo.

Zastoji filamentov in težave z iztiskanjem

Ta težava se pojavi, če je temperatura ekstruderja napačna ali če se filament zamaši v šobi. Če žarilne nitke ne vstavite pravilno, se lahko tudi zatakne. Da se temu izognete, vedno očistite šobo ali jo po potrebi zamenjajte, uporabite visokokakovosten filament in ga vstavite na pravilen način. Umirite hitrost tiskanja in poiščite pravo temperaturo tiskanja.

Nasveti za optimizacijo

Hitrost tiskanja in višina plasti

Težave, kot sta upogibanje in nizanje, se pojavijo, ker višina plasti ni ustrezna ali pa je treba prilagoditi hitrost tiskanja. Pri tiskanju zapletenih modelov je smiselno, da zmanjšate hitrost ter si s tem zagotovite brezhibne podrobnosti tiska. Pred tiskanjem pa je vedno dobrodošlo tudi, da izvedete nekaj eksperimentalnih testov, s pomočjo katerih boste lažje opredelili optimalno hitrost.

Debelejše plasti lahko FDM tiskalnik generira hitreje, vendar to pomeni, da bo tisk najbrž manj podroben. Nasprotno pa so tanjši sloji za tiskanje nekoliko bolj zamudni, vendar lahko z njimi dosežete tisk najmanših detajlov. Pred začetkom tiskanja torej poiščite primerno višino oziroma debelino plasti, glede na vaše potrebe.

Nastavitve temperature in hlajenje

Različni filamenti imajo različna tališča. Tako nekateri najbolje tiskajo pri visoki hitrosti in obratno. Preberite priročnik za filamente ter na ta način najdite pravo temperaturo. Ogrevana tiskalna podloga spodbuja boljši oprijem plasti. Zato predhodno segrejte posteljo s pravo temperaturo, ki je primerna za vaš filament.

Pravilno hlajenje plasti je ključnega pomena, da se izognemo nizanju in izcejanju. Uporabite hladilne ventilatorje, da preprečite pregrevanje, da se filamenti hitreje strdijo.

Oblikovalski vidiki

Naučite se izbrati pravi filament glede na obliko in zahtevnost tiska. Tudi debelina stene mora biti skladna z zasnovo. Po potrebi uporabite podporne strukture in za bolj gladko površino upoštevajte usmerjenost tiskanja.

Pogosta vprašanja

Kaj je FDM tiskanje ?

Fused Deposition Modeling je sodoben postopek 3D tiskanja, izumljen leta 1989.

Kakšna je razlika med FDM in PLA?

FDM je tehnologija tiskanja, medtem ko je PLA filament, ki se uporablja za izdelavo 3D tiskov.

Zakaj je FDM boljši?

FDM je napreden postopek 3D tiskanja, ki je hiter, cenovno dostopen, daje kakovostne rezultate in je združljiv z nizom različnih filamentov.

Kaj je FDM ali SLS tiskalnik?

FDM pomeni Fused Deposition Modeling, SLS pa Selective Laser Sintering. Oba uporabljata enako aditivno proizvodno tehnologijo, vendar tiskalniki SLS za razliko od tiskalnikov FDM uporabljajo laser za selektivno mešanje praškastih materialov namesto staljenih termoplastičnih filamentov.

Kakšne so slabosti FDM tiskanja?

Groba površina, nizanje in izcedek, upogibanje in krčenje so nekatere od pogostih pomanjkljivosti FDM tiskanja.

Za kaj je FDM tiskanje dobro?

Tehnologija ponuja različne aplikacije, kot so šablone in vpenjala, izdelava prototipov, arhitekturni modeli in drugo.

FDM tiskanje ima številne prednosti, v tem blogu pa smo zajeli le najbolj ključne. Povzamemo lahko, da je FDM tiskanje postopek, ki je zelo hiter, lažji od predhodnih ter stroškovno učinkovit, poleg tega pa je ustvaril revolucijo v izdelavi prototipov in v proizvodnji.