3D打印技术之FDM
FDM是“Fused Deposition Modeling”的简写形式,即为熔融沉积成型,这种快速原型工艺是一种不依靠激光作为成型能源、而将各种丝材(如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等)加热熔化进而堆积成型方法,简称FDM。FDM技术出现在二十世纪八十年代末期。1988年,科特克鲁姆普发明了FDM(熔融沉积成型技术),次年科特克鲁姆普成立了Stratasys公司,FDM成型技术已被Stratasys公司注册专利。1992年,第一台基于熔融沉积成型技术的3D打印产品出售。
Stratasys创始人
熔融沉积成型的原理如下:加热喷头在计算机的控制下,根据产品零件的截面轮廓信息,作X-Y平面运动,热塑性丝状材料由供丝机构送至热熔喷头,并在喷头中加热和熔化成半液态,然后被挤压出来,有选择性的涂覆在工作台上,快速冷却后形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓。一层截面成型完成后工作台下降一定高度,再进行下一层的熔覆,好像一层层"画出"截面轮廓,如此循环,最终形成三维产品零件。
简化结构图
动态图
FDM是目前3D打印机使用较广的技术,同时FDM成型技术已被Stratasys公司注册专利。基于FDM成型技术的机型在中国甚至世界3D打印机市场占有较大的比例。
这种技术不用激光,使用、维护简单,成本低。用ABS制造的原型因具有较高强度,在产品设计、测试与评估等方面得到广泛应用,近年来又开发出PC,PC/ABS,PPSF等更高强度的成形材料,使得该技术有可能直接制造功能性零件。
1、操作环境干净、安全可在办公室环境下进行。(没有毒气或化学物质的危险,不使用激光)
2、工艺干净、简单、易于材作且不产生垃圾。
3、尺寸精度较高,表面质量较好,易于装配。可快速构建瓶状或中空零件。
4、原材料以卷轴丝的形式提供,易于搬运和快速更换。
5、原材料费用低,一般零件均低于20美元。
6、材料利用率高。
7、可选用多种材料,如可染色的ABS和医用ABS、PC、PPSF、浇铸用蜡和人造橡胶。
缺点:
1、精度较低,难以构建结构复杂的零件。做小件或精细件时精度不如SLA,最高精度0.127mm。
2、与截面垂直的方向强度小。
3.成形速度相对较慢,不适合构建大型零件
由于这种技术具有一些显著优点,该技术发展极为迅速,目前FDM系统在全球已安装快速成形系统中的份额大约为30%。当然这个数据多数还是处于桌面级和消费级的水平上的,下面就为大家盘点一下国内外生产FDM的厂家。
国内:
1.北京弘瑞—— Z500
成型技术:熔融堆积FDM
成型耗材:PLA,ABS,HIPS,PVA,PE,PP,PETG,木屑,木质,碳纤维,尼龙,变色和渐变色
打印尺寸:360x350x560mm
定位精度:XY轴:0.01mm,Z轴:0.0025mm
操作系统:Windows全系列、Mac OS
文件格式:STL,OBJ,DAE,AMF,BMP,JPG,JPEG,PNG,G,GCODE
机器尺寸: 57x53x130cm,69x65x150mm(包装尺寸)
产品重量:70kg,80kg(包装)
产品特点:全封闭成型室,恒温,静音
2.北京太尔时代—— up
成型技术:熔融堆积FDM(官方介绍是MEM热熔挤压)
成型耗材:PLA,ABS
打印尺寸:360x350x560mm
定位精度:XY轴:0.01mm,Z轴:0.0025mm
操作系统:Win XP/Vista/7/8 、Mac OS
文件格式:STL,OBJ,DAE,AMF,BMP,JPG,JPEG,PNG,G,GCODE
机器尺寸: 57x53x130cm,69x65x150mm(包装尺寸)
产品重量:70kg,80kg(包装)
产品特点:智能支撑技术,支撑自动生成,打印平台校准,打印平台校准,自动调平,自动设置喷头高度,打印平台加热,加热平台配多孔板,平均工作噪音:55dB(A)
3、深圳极光尔沃A-8
成型技术:熔融堆积FDM
成型耗材:PLA,ABS
打印尺寸:350×250×300mm
打印精度:0.05-0.3mm
操作系统:Windows,Lunis,Mac
文件格式:STL,OBJ,G-Code
机器尺寸: 59×45×57cm
产品重量:32kg
产品特点:超大的打印尺寸,打印过程中打印速度随时可调,喷嘴和热床温度可调。轻松打印复杂模型,打印精度高、速度更快,适合手板要求较高的客户
4、浙江闪铸科技—— Creator Pro创造者
成型技术:熔融堆积FDM
成型耗材:ABS/PLA/HIPS/PVA及闪铸品牌耗材
打印尺寸:227×148×150mm
打印精度:0.1-0.2mm 定位精度:Z轴:0.0025mm,XY轴:0.011mm
操作系统:Windows xp/Vista/7 、 Linux 、Mac OX
文件格式:STL/OBJ/SD卡读X3G格式
机器尺寸: 48×33.8×38.5cm (亚克力罩高200mm)
产品重量:15kg
产品特点:全封闭金属机身,结构稳定、打印精度高,稳定双喷头结构,支持双色及多种耗材打印,可打印复杂支撑结构
5、珠海西通金星
成型技术:熔融堆积FDM
成型耗材:ABS塑料、PLA、橡胶纤维、尼龙长丝、加强玻璃
打印尺寸:260x145x150mm
打印精度:0.1-0.5mm 定位精度:XY轴:0.011mm,Z轴:0.0025mm
操作系统:Windows XP/7/8
文件格式:STL,GCO
机器尺寸: 32×38.1×46.7cm
产品重量:14.5kg
产品特点:打印双喷头设计,可打印包括橡胶纤维尼龙长丝加强玻璃等在内的打印材料,支撑更易剥离,全金属材质质感比较不错
6、Allcct 印客
成型技术:熔融堆积FDM
成型耗材:ABS,PLA,PVA
打印尺寸:200×200×200mm
打印精度:0.1mm定位精度:XY轴:XY轴:0.01mm,Z轴:0.006mm
操作系统:Windows全系列 、Mac
文件格式:AMF,STL,OBJ
机器尺寸: 450×450×550cm
产品重量:15kg
产品特点:单双喷头可选,全封闭机身结构,四向开启设计,全金属不锈钢钣金一体成型机框,专用打印喷头及快速更换式喷头组件,可支持U盘、SD卡打印,定制版3D打印软件及驱动程序,打印机运动组件(注塑超钢(POM)支架和激光切割铝板),耐高温矽胶信号线,超粗台湾上银丝杆加滑轨,全彩触屏操控,断电续打,断料检测。
当然这只是国内部分的厂家,笔者能力有限,未能整理全部,例如国内江苏永年激光、陜西恒通、湖南华曙高科,以下是国内FDM技术的综合(信息来于南极熊3D打印)
国外:
1、Stratasys(由于他们家是做FDM起家的,所以机器型号太多,不便一一赘述,附上官网以便了解http://www.stratasys.com.cn/)这里给大家介绍最基础的一款——uPrint SE Plus
成型技术:熔融堆积FDM
成型耗材:ABSplus,颜色可为象牙色、白色、蓝色、荧光黄、黑色、红色、油桃色、橄榄绿或灰色
支撑方式:WaterWorks™水溶性支撑
打印尺寸:203 x 203 x 152 mm
层厚:0.254 mm或 0.330 mm
操作系统:Windows XP/Windows 7
携带软件:CatalystEX
文件格式: STL
机器尺寸:
具有一个材料仓的 uPrint SE Plus:宽 x 深 x 高为 635 x 660 x 787 mm,重量为 76 kg
具有两个材料仓的 uPrint SE Plus:宽 x 深 x 高为 635 x 660 x 940 mm,重量为 94 kg
产品特点:因为本身就是做FDM起家,因此这款打印机的工作效率或者精度,以及可以使用的范围都毋庸置疑,这款是该桌面级系列的加强版,外观很好看。
唯一的缺点就是,恩,大家都懂的。
2、Makerbot Replicator
其实真正意义上这家公司应该也是属于上面那家公司的牌子,但是人家自己做的好,无论是国内还是国外市场占有量相当高,因此还保持着独立运营。
成型技术:熔融堆积FDM
成型耗材:ABS,PLA,PVA
打印尺寸:252×199×150mm
打印精度:0.1mm定位精度:XY轴:XY轴:0.01mm,Z轴:0.006mm
操作系统:Windows7 、Linux 、Mac OS
文件格式:AMF,STL,OBJ
机器尺寸: 450×450×550cm
产品重量:15kg
产品特点:单双喷头可选,全封闭机身结构,四向开启设计,全金属不锈钢钣金一体成型机框,专用打印喷头及快速更换式喷头组件,可支持U盘、SD卡打印,定制版3D打印软件及驱动程序,打印机运动组件(注塑超钢(POM)支架和激光切割铝板),耐高温矽胶信号线,超粗台湾上银丝杆加滑轨,全彩触屏操控,断电续打,断料检测。
3、3D systems Cube pro
成型技术:熔融堆积FDM
成型耗材:ABS,PLA,水溶性自然色PLA,尼龙
打印尺寸(双头):229×273×241mm
打印精度:0.2mm定位精度:XY轴:XY轴:0.01mm,Z轴:0.01mm
操作系统:Windows xp / 7 / 8 、Mac OS
文件格式: STL、cube
机器尺寸: 578x578x591mm
产品重量:36kg
产品特点:此款打印机包含单头,双头,三头三种型号,最高支持两种材料+三色打印,并且拥有桌面级打印机最大的打印尺寸,可以通过iOS、Android、Windows版cubify应用程序进行移动打印。直观无线彩色触屏,快于同类型打印机两倍的打印速度,让其在桌面级打印机占据一席之地。但是缺点同样明显,你们懂的。
下面是FDM技术打印的模型
材料篇——
FDM材料可以是丝状热塑性材料,常用的有蜡、塑料、尼龙丝等。首先,FDM材料要有良好的成丝性;其次,由于FDM过程中丝材要经受“固态-液态-固态”的转变,故要求FDM在相变过程中有良好的化学稳定性,且FDM材料要有较小的收缩性。
对于气压式FDM设备,材料可以不要求是丝状,可以是多种成分的复合材料。
1、ABS塑料丝
ABS是目前产量最大,应用最广泛的聚合物,它将PS,SAN,BS的各种性能
有机地统一起来,兼具韧,硬,刚相均衡的优良力学、热学、电学和化学性能。适用于料丝自加压式送丝喷头结构和螺旋挤压式送丝喷头。
2、PLA
饱含淀粉质的玉米经过现代生物技术可生产出无色透明的液体—乳酸,再经过特殊的聚合反应过程生成颗粒状高分子材料—聚乳酸(PLA)。PLA是一种新型的生物降解材料,相对ABS来说属于一种环保材料,对人的身体没有什么伤害,它是一种使用可再生的植物资源(如玉米)所提出的淀粉原料制成。其机械性能及物理性能良好,适用于吹塑、热塑等各种加工方法。
FDM系统价格和技术成本低,体积小,无污染,能直接做出ABS制件,但生产效率低,精度不高,最终轮廓形状受到限制。
FDM的工艺特点,可以制作复合材料的快速成型制件,如磁性材料和塑料粉末经过FDM喷头成型特殊形状的磁性体,可以实现各向异性,各层异性,不同区域不同性能。这是模具成型所不能实现的。在3D的打印技术中,FDM的机械结构最简单,设计也最容易,制造成本、维护成本和材料成本最低,因此成为国内投入生产最多的工艺方式。它主要以ABS和PLA为打印材料,这两种材料成本低,打印适性好,很快成为3D打印材料市场的主流。相信随着3D打印工艺和材料的不断研发,技术会更先进、品种和成本会更有优势, 3D打印技术对工业制造业的革命性变革影响正在日益凸显。
(内容与图片均来源于网上,作者引用,如有违规请联系作者修改)
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