Modelare de depunere fuzionată
Fused Deposition Modeling (în engleză: Fused Filament Fabrication sau Fused deposition modeling) FFF pentru tehnologia scurtă sau FDM este o fabricație aditivă utilizată în mod obișnuit pentru aplicații de modelare, prototipare și producție dintr-un fișier CAD .
Tehnologia a fost dezvoltată și brevetată de S. Scott Crump la sfârșitul anilor optzeci (secolul al XX-lea) și a fost comercializată în anii nouăzeci de către Stratasys , al cărui proprietar este marca FDM.
Brevetul 5.121.329 , care a expirat în 2009, a permis nașterea proiectului RepRap care utilizează această tehnologie și difuzarea pe scară largă a tehnologiei.
Este una dintre tehnologiile de imprimare 3D recunoscute de ASTM și ISO : ISO / ASTM52900 - 15 [1] la categoria „Extrudare material”.
Operațiune
FDM funcționează pe un principiu „aditiv” prin eliberarea materialului în straturi. Un filament termoplastic este derulat dintr-o bobină, care furnizează materialul către o duză de extrudare, cu care este posibil să se gestioneze fluxul. Duza este încălzită pentru a putea topi materialul și poate fi ghidată atât pe orizontală, cât și pe verticală de un mecanism controlat numeric, adică urmând o cale trasată de un software de feliere , trimis la mașină sub forma unui cod G.
Pentru a facilita aderența unor materiale la suprafața de imprimare, suprafețele încălzite sunt adesea folosite pentru a contracara compresia datorată răcirii materialului.
Unele mașini permit imprimarea materialelor compozite , depunând împreună cu polimerul termoplastic fibre continue de carbon, sticlă sau kevlar.
Tipuri de cinematică
Există diferite tipuri de cinematică care poziționează capul de imprimare în punctul definit:
- Gantry : Capul de imprimare se deplasează de-a lungul lui X, planul de-a lungul lui Y, capul se îndepărtează de plan pe măsură ce Z crește;
- Core XY : Capul se deplasează pe un plan, planul se îndepărtează pe măsură ce Z crește;
- Polar : Capul se mișcă liniar și planul se rotește, capul se îndepărtează de plan pe măsură ce Z crește;
- Rostock sau Delta : folosesc 3 motoare care se deplasează coordonat. Acest sistem garantează o viteză mare de mișcare și oferă posibilitatea de a crește considerabil volumul de imprimare.
- Roboți antropomorfi: există mașini care utilizează brațe robotice antropomorfe cu un extruder montat pe cap. Acest sistem, utilizat în principal în domeniul industrial, permite o mai mare flexibilitate prin exploatarea unei cinematici pe 5 sau 6 axe.
Extruder direct vs Bowden
Există două tipuri de extruder:
- Extruder direct : Corpul care împinge firul este poziționat direct pe capul de extrudare. Avantajul acestui tip de soluție este simplitatea construcției.
- Extruder Bowden : Corpul care împinge firul nu este poziționat pe capul de extrudare. Secțiunea dintre corpul de împingere a firului și capul de extrudare este conectată prin intermediul unui tub (de obicei în PTFE , cu frecare redusă). Avantajul este reducerea greutății capului de extrudare, care va avea mai puțină inerție și, prin urmare, poate fi deplasat mai repede. Dezavantajul este că există o întârziere între împingere și extrudarea propriu-zisă, ceea ce va necesita modificarea parametrului de imprimare „retragere”, fricțiunea dintre filament și tub (numită bowden) face dificilă imprimarea materialelor flexibile.
Limitele tehnologiei
La fel ca orice tehnologie aditivă, modelarea prin depunere fuzionată funcționează în straturi, a căror grosime minimă depinde de diverși factori, precum cinematica mașinii, dimensiunea duzei de extrudare, materialul utilizat. Rezultatul va duce la imperfecțiuni, erori de toleranță și probleme de anizotropie , adică diferite proprietăți mecanice bazate pe orientarea straturilor.
Una dintre cele mai mari probleme este imprimarea pieselor cu tăieturi subțiri (sau, în orice caz, geometrii cu un unghi față de patul de imprimare mai mare de 45 °), care fără suport ar eșua. Pentru a rezolva această problemă, în timpul fazei de tăiere sunt generate suporturi care pot fi tipărite de aceeași duză, cu același material sau cu un al doilea extruder care folosește un material de suport diferit. Suporturile vor fi îndepărtate după proces prin acțiune mecanică sau, în cazul materialelor solubile, prin scufundarea piesei în apă sau în alți solvenți.
Materiale
Cu tehnologia FDM este posibilă prelucrarea unei game largi de polimeri termoplastici, printre care cei mai comuni sunt PLA , ABS , NYLON sau PET . Materiale precum TPU au caracteristici elastomerice care permit imprimarea pieselor flexibile. Pe cele mai performante mașini este, de asemenea, posibil să imprimați polimeri de inginerie, cum ar fi PEEK și PEI . Pot fi utilizate materiale de susținere solubile în apă, cum ar fi PVA . Există câteva filamente din material compozit, alcătuit dintr-o matrice polimerică și încărcate cu fibre (Exemplu: Nylon cu fibră de carbon sau fibră de sticlă ). Există filamente cu încărcare metalică, care sunt tipărite ca materiale normale, care necesită un proces de post sinterizare în care matricea termoplastică se evaporă lăsând părți complet metalice.
Materialele sunt comercializate în mod obișnuit sub formă de bobine de filament (diametru standard 1,75 mm sau 2,85 mm). Unele mașini, în special mașini de format mare, utilizează polimeri sub formă de pelete, mult mai ieftine și, în unele cazuri, derivate din reciclarea plasticului.
Notă
- ^ ISO / ASTM52900 - 15 Terminologie standard pentru fabricarea aditivilor - Principii generale - Terminologie , la www.astm.org . Adus pe 10 mai 2020 .
