Afbeelding van een FDM 3D-printer
Fused deposition modeling (FDM) is een additief productieproces waarbij 3D-modellen worden gemaakt op basis van CAD-ontwerpen. De filamenten worden door een verwarmd mondstuk gevoerd, waardoor het geëxtrudeerde filament smelt en laagje voor laagje op het printplatform wordt afgezet.
FDM is de meest gangbare 3D-printmethode, niet alleen voor hobbyisten en het maken van prototypes, maar het is ook een belangrijke productiemethode voor het testen van prototypes, gereedschappen, educatieve modellen, sieraden en andere toepassingen.
In dit artikel worden de basisprincipes van FDM 3D-printen besproken, het werkingsprincipe, compatibele materialen en industriële toepassingen.
Laten we beginnen!
Key Takeaways
- Bij FDM 3D-printen wordt thermoplastisch filament gesmolten en door een verwarmde spuitmond geperst. De opeenvolgende lagen hechten zich aan elkaar om het uiteindelijke onderdeel te vormen.
- Desktop 3D-printers zijn zeer geschikt voor prototypes in een vroeg stadium en snelle ontwerpiteraties, terwijl industriële FDM-printers beter geschikt zijn voor grotere onderdelen, functionele prototypes, gereedschappen en kleine series.
- Laaghoogte, spuitmond-/bedtemperatuur, printsnelheid, koeling, rasterhoek, materiaal en printoriëntatie zijn cruciale factoren om rekening mee te houden bij het FDM 3D-printproces.
- Kies FDM voor snelle prototypes, functionele modellen, gereedschappen, mallen, behuizingen, beugels en op maat gemaakte componenten in kleine series.
- SLA en SLS zijn twee alternatieven voor FDM. SLA is geschikter voor kleine details, dunne wanden, hoge detaillering en toepassingen die een gladdere afwerking vereisen, terwijl SLS wordt gebruikt voor complexe, niet-ondersteunde functionele onderdelen.
Basisprincipes van FDM 3D-printen
De basisprincipes van FDM 3D-printen
FDM 3D-printing houdt in dat de ontworpen modellen van mechanische onderdelen en producten laag voor laag worden geprint, volgens een vooraf bepaald snijpatroon op de 3D-printer. Het kan complexe en ingewikkelde geometrieën bouwen, zoals vloeiende bochten, vloeistofkanalen, diepe hoeken, golfvormige roosters, in elkaar grijpende verbindingen en ondersnijdingen. De belangrijkste beperking is de spuitmondgrootte, doorgaans 0.4 mm of groter. Het te printen object moet dus groter zijn dan de spuitmondgrootte.
Met de FDM-methode kun je verschillende thermoplasten printen, waaronder PLA, ABS, PA, TPU, PEEK en PEI. Afhankelijk van het materiaaltype moeten de invoersnelheid, de nozzle, de laagdikte, de koelintensiteit en andere parameters worden aangepast. De printgrootte is afhankelijk van de mogelijkheden van de 3D-printer. In tegenstelling tot desktopprinters biedt een industriële FDM-printer een printvolume van 1 x 1 x 1 meter.
Hoe werkt FDM-printen? Mechanisme en stappen
De werking van de FDM 3D-printer
FDM, ook wel fused filament fabrication (FFF) genoemd, maakt gebruik van het extrusieproces van materiaal voor additieve productie, waarbij een verwarmingselement het continue thermoplastische filament smelt en een spuitmond laagjes afzet. De uiteindelijke vorm wordt verkregen door de vorming van verbindingen tussen de laagjes.
Laten we het FDM 3D-printproces eens nader bekijken.
Voorbereiding en opsnijding van CAD-modellen
De eerste stap in het FDM-proces is het voorbereiden van een 3D-engineeringmodel (.STL- of .3MF-bestand) van het gewenste onderdeel/product in ontwerpsoftware, zoals SolidWorks, CATIA en AutoCAD.
De volgende stap is het opdelen van het ontwerp, waarbij het model wordt verdeeld in duizenden dunne horizontale plakjes (lagen), zodat nauwkeurige G-codes kunnen worden gegenereerd voor de beweging van de spuitmond, de temperatuurregeling en de extrusiesnelheid.
Printparameters instellen voor een FDM 3D-printer
Voor FDM 3D-printen moet u verschillende parameters instellen, waaronder de temperatuur van de nozzle, de temperatuur van het printbed, de laagdikte, de printsnelheid, de snelheid van de koelventilator en de printrichting, zoals hieronder samengevat.
| Parameter | Typisch bereik | Beïnvloedende factoren |
| Laag hoogte | 0.05 0.5 tot mm | De laagdikte heeft een grote invloed op de dimensionale nauwkeurigheid. |
| Mondstuktemperatuur: | PLA ~190–220 °C, ABS ~220–260 °C | Dat hangt af van het materiaal, de rasterhoek, het type onderdeel en andere factoren. |
| Bedtemperatuur | Gebruikt als controlefactor | Dat hangt af van het materiaal, de dikte en de reactie van het proces. |
| Rasterhoek | 0 ° –90 ° | Het definieert de richting van de laagafzetting (spuitmondbeweging) ten opzichte van de X-as van het printbed. |
Filamentvoeding
Het rollenaandrijfmechanisme voert het filament continu naar het smeltverwarmingssysteem (extrusiekop verbonden met het mondstuk). Tegelijkertijd wordt het mondstuk ook tot een bepaalde temperatuur verwarmd.
Het filament gaat in de vloeistofmaker.
Met behulp van een vloeibaarmakingsmechanisme worden de vaste vezels door middel van een elektrische cartridge gesmolten tot een stroperige, halfvloeibare of vloeibare vorm.
Laagafzetting via spuitmond
FDM 3D-printen
Het extrudertandwiel duwt continu vaste filamenten voort, terwijl de door het filament aangedreven extrusiedruk het gesmolten filament door de nozzle perst en de laag op het printbed afzet. De nozzle is permanent bevestigd aan de printkop, die langs de X-, Y- en Z-assen beweegt (volgens de G-codes) en de laag nauwkeurig afzet.
Elke laag wordt moleculair met elkaar verbonden door middel van hitte en druk. Elke moleculaire interdiffusie vormt de dragende verbinding.
Versteviging en verwijdering van onderdelen
Zodra het geprinte object is afgekoeld tot kamertemperatuur, wordt het van het printplatform verwijderd. Afhankelijk van de printgrootte kan dit handmatig of met een robotarm gebeuren. Ook de steunstructuren worden in deze fase verwijderd. Vervolgens moeten de geprinte onderdelen nog worden bijgesneden en afgewerkt.
Probeer Boda nu!
FDM 3D-printmaterialen
FDM 3D-printmaterialen
Poly melkzuur (PLA), polyethyleentereftalaatglycol (PETG) en acrylonitril-butadieen-styreen (ABS) zijn de meest gebruikte materialen voor FDM 3D-printen. Daarnaast worden ook PEI, PEEK, PC en andere thermoplasten gebruikt. U kunt filamenten van deze materialen in de gewenste kleur en maat kiezen.
De beoogde toepassing en functionele eisen, de bedrijfsomstandigheden, de gewenste afwerking en de compatibiliteit met de 3D-printer bepalen grotendeels de materiaalkeuze. PLA biedt sterkte en stijfheid en is geschikt voor visuele prototypes. ABS presteert goed voor buitenonderdelen, auto-onderdelen, behuizingen en functionele prototypes. PETG is daarom een goed alternatief voor ABS-plastic voor desktopprinters.
| Materiaal | Belangrijkste voordelen | Beperkingen |
| Polymelkzuur (PLA) | Weinig vervorming, gemakkelijk 3D-printbaar, relatief betaalbaar en gedetailleerde oppervlakteafwerking. | Lagere thermische stabiliteit en slagvastheid. |
| Polyethyleentereftalaatglycol (PETG) | Sterk, flexibel en vochtbestendig plastic. | Lagere thermische stabiliteit dan polycarbonaat, ABS en enkele andere thermoplasten. |
| Acrylonitril butadieen styreen (ABS) | Er zijn biocompatibele varianten beschikbaar (bijvoorbeeld ABS-M30i) die sterker zijn dan PLA en een goede hittebestendigheid hebben. | Het materiaal stoot sterke dampen uit tijdens het printen en kan kromtrekken. |
| Polyetherimide (PEI / ULTEM) | Uitstekende hittebestendigheid, hoge sterkte en chemische bestendigheid. | Hogere glasovergangstemperatuur en dure grondstoffen |
| Polyetheretherketon (PEEK) | Biocompatibele kwaliteiten en hoge mechanische sterkte. | Hoge verwerkingstemperatuur |
| Polycarbonaat (pc) | Slagvastheid, vormvastheid, optische helderheid en elektrische isolatie. | Hygroscopisch, vatbaar voor vervorming en hoge spuitmondtemperatuur. |
| Nylon | Mechanische sterkte, taaiheid en chemische bestendigheid. | Hygroscopisch en vereist gecontroleerd drogen. |
| Thermoplastisch polyurethaan (TPU) | Chemische bestendigheid, lage wrijving en slijtvastheid. | Een lage afdruksnelheid en strikte controle van de procestemperaturen zijn vereist. |
| Versterkte polymeren | Uitstekende stijfheid-gewichtsverhouding, laag risico op kromtrekken in vergelijking met ongevulde filamenten. | Vereist warmtebehandelde sproeiers en brengt het risico van microholtevorming met zich mee. |
Belangrijke aandachtspunten voor FDM 3D-printen
De keuze van de 3D-printer, de minimale wanddikte, de afmetingen van de onderdelen, de nabewerking, materiaalvervorming en de materiaalkeuze zijn belangrijke overwegingen bij het FDM 3D-printproces om nauwkeurigheid, sterkte en bouwkwaliteit te garanderen.
Desktop 3D-printers versus industriële 3D-printers
Desktop 3D-printers bieden doorgaans een printoppervlak van slechts 0.2 x 0.2 x 0.2 meter, wat geschikt is voor conceptmodellen en vroege proof-of-concept-onderdelen. Industriële 3D-printers daarentegen worden aanbevolen voor het printen van testprototypes, kleinschalige producties en functionele technische componenten.
Optimaliseer het ontwerp voor kromtrekken.
Optimaliseer uw ontwerp om kromtrekken te verminderen door scherpe hoeken te vermijden, een uniforme wanddikte te handhaven en spanningsontlastende secties toe te passen.
Kies je materiaal zorgvuldig.
Bij de materiaalkeuze voor uw 3D-geprinte onderdelen moet u rekening houden met de vereiste functionaliteit, de gebruiksomgeving, het printgemak en de kosten.
Minimale wanddikte
Bij FDM 3D-printen moet de minimale wanddikte 2 tot 3 keer de diameter van het mondstuk bedragen.
Overweeg oppervlakteafwerking
Bepaal de gewenste oppervlakteruwheid en esthetische eisen voordat u de afwerkingstechniek kiest. Damponzen, nat schuren en epoxycoating zijn enkele veelgebruikte opties.
Feature Maat
De afmetingen van het geometrische element in uw ontwerp moeten groter zijn dan de effectieve resolutielimieten van het proces.
Probeer Boda nu!
Wanneer kies je voor een industriële FDM 3D-printer in plaats van een desktop 3D-printer?
Desktop 3D-printers zijn bedoeld voor hobbyprojecten, kleine visuele modellen en conceptmodellen. Industriële FDM 3D-printers daarentegen bieden grotere printvolumes (~1 x 1 x 1 m), nauwkeurigere controle en herhaalbaarheid, de mogelijkheid om complexe ontwerpen te printen en een brede compatibiliteit met verschillende materialen.
Kies industriële FDM 3D-printers voor:
- Functionele modellen
- Gereedschapsonderdelen
- Snelle prototypes
- Productie van op maat gemaakte componenten in kleine volumes.
Kies desktop 3D-printers voor:
Als u zich in de beginfase van prototypeontwikkeling bevindt en specifieke functies wilt valideren, maakt een desktopprinter snelle iteratiecycli mogelijk.
Welke afwerkingsopties zijn er voor FDM 3D-geprinte prototypes?
Omdat FDM 3D-geprinte objecten worden gevormd door het toevoegen van opeenvolgende materiaallagen, zijn laaglijnen en oppervlakteruwheid zichtbaar aan de buitenkant. Er zijn verschillende afwerkingstechnieken beschikbaar om dit probleem aan te pakken, zoals zandstralen, damp polijsten, lakken en coaten.
- Damppolijsten: Een dampstroom smelt het oppervlaktemateriaal, waardoor een dunne, uniforme en glanzende laag ontstaat.
- Zandstralen: Zandkorrels worden op 3D-geprinte onderdelen gespoten, waardoor oneffenheden in het oppervlak worden verwijderd en een uniform oppervlak ontstaat.
- schilderij: Geschikte hechtverven kunnen worden gebruikt voor UV-bescherming, esthetische doeleinden en andere toepassingen.
- Expoxy laag: Het biedt een glad, duurzaam en robuust oppervlak voor 3D-geprinte prototypes.
Wat zijn de toepassingen van FDM? 3D afdrukken ?
Prototypen met FDM
FDM 3D-geprinte onderdelen en prototypes worden gebruikt in diverse industrieën, zoals de automobielindustrie, de medische sector, consumentenelektronica, gereedschapsproductie en robotica. FDM is een efficiënte en kosteneffectieve oplossing voor bedrijven en productontwikkelaars die snel prototypes willen bouwen voor pasvorm-, functie- en montagetests. Het kan ook worden gebruikt voor conceptbewijzen en visuele modellen.
Laten we eens kijken naar voorbeelden van FDM 3D-printtoepassingen in verschillende industrieën.
- Automotive: Prototypes voor luchtkanalen, interieurafwerking, instrumentenpaneel en montage-armatuur.
- tooling: Het testen van prototypes voor montagemallen, opspaninrichtingen, composietmatrijzen en flexibele klemmen.
- Medisch: Protheseprototypes, anatomische modellen en behuizingen voor apparatuur.
- Consumentenelektronica: Behuizingen op maat, montagemallen en montagebeugels.
- Robotica: Mallen, opspaninrichtingen, End-of-Arm Tooling (EOAT) en sensorhouders.
Wat zijn de voordelen van FDM 3D-printen?
- Lage installatiekosten voor FDM 3D-printers.
- Nauwkeurige maattolerantie, tot wel ±0.25 mm.
- Het maakt snelle prototypes voor technische ontwerpen mogelijk.
- Minimale gereedschapsvereisten; geen snijgereedschap of mallen nodig.
- Snellere levertijden, al vanaf 1 dag.
- Compatibel met diverse technische kunststoffen.
- Hoge mate van maatwerk.
- Productie van complexe, lichtgewicht en interne onderdelen
Wat zijn de nadelen van FDM 3D-printen?
- Zichtbare laaglijnen op het oppervlak, en prototypes vereisen vaak nabewerking.
- De sterkte van het geprinte onderdeel en de haalbare complexiteit worden beïnvloed door het 3D-printmateriaal.
- Voor het printen van complexe geometrische vormen is een ondersteunende structuur nodig, wat de nabewerkingstijd en het grondstofverbruik verhoogt.
- De maattoleranties zijn niet zo hoog als bij CNC-bewerking en spuitgieten.
Probeer Boda nu!
FDM versus SLA versus SLS 3D afdrukken : Wat zijn de verschillen?
SLA en SLS zijn twee verschillende dingen. soorten 3D-printenNaast FDM maakt stereolithografie (SLA) gebruik van UV-licht of een laserstraal voor het selectief uitharden van de harslaag, terwijl selectief lasersinteren (SLS) het polymeerpoeder laag voor laag selectief sint-jakobsschelpen aanbrengt om de gewenste vorm te creëren.
Laten we deze 3D-printmethoden vergelijken op basis van compatibele materialen, complexiteit, precisie, doorlooptijd en kosten.
| Parameter | FDM | SLA | SLS |
| Materialen | PLA, ABS, PETG, PC, nylon, TPU, PEI, PEEK en versterkte polymeren. | Diverse lichtgevoelige vloeibare thermohardende harsen | Thermoplasten in poedervorm, waaronder PA11, PA12, TPU en PP. |
| Ingewikkeldheid | Gemiddelde complexiteit, vereist een ondersteunende structuur voor interne en complexe functies. | Uitstekend geschikt voor kleine oppervlakken en dunwandige secties. | Uitstekend. Het ongesinterde poeder zelf ondersteunt de printstructuur. |
| Kosten | Lager dan SLA en SLS | Gemiddeld | Hoge |
| precisie | ±0.2 tot ±0.5mm | ~±0.025 tot ±0.1 mm | ~±0.1 tot ±0.3 mm |
| Tijd | Snelle doorlooptijden | De afdruksnelheid is afhankelijk van de printerarchitectuur, de hoogte van het onderdeel, de batchindeling en het proces. | Hoog, bij het produceren van prototypes of een serie. |
| Wanneer moet je kiezen? | Kies voor goedkope prototypes met snelle iteraties en kleine productievolumes. | Kies deze optie wanneer afwerking, detaillering en een hoge mate van complexiteit vereist zijn. | Voor functionele mechanische componenten en prototypes, nylon onderdelen en complexe prototypes zonder ondersteuning. |
Heeft u FDM 3D-geprinte onderdelen en prototypes nodig?
Bent u een ontwerpingenieur, productontwikkelaar, startup of klein bedrijf en wilt u uw concept en onderdeelmodellen laten testen? Wij kunnen ze voor u printen. 3D afdrukken Een faciliteit met snelle levertijden en uitstekende oog voor detail. Boda heeft ervaring met het prototypen van complexe technische ontwerpen en het produceren van industriële componenten.
Naast FDM bieden we ook SLA-, SLS- en DMLS-3D-printservices aan met flexibele iteraties en productschaling. Of u nu in de vroege prototypefase zit of kleine productieseries nodig heeft, Boda kan u helpen uw visie te realiseren.
Onze ingenieurs beoordelen de ontwerpen gedetailleerd, rekening houdend met materiaalkeuze, printgemak, geometrische complexiteit en DFM-eigenschappen. Dit helpt u bij het kiezen van de meest geschikte 3D-printer voor uw project.
Om met ons samen te werken, uploadt u uw ontwerpbestand. door een ingenieur beoordeelde offerteWij garanderen de vertrouwelijkheid van elk ontwerp en elke specificatie die aan ons wordt verstrekt.
Referenties
[1] “Basisprincipes van Fused Deposition Modelling (FDM)” OnderzoekGate. ResearchGate – Basisprincipes van Fused Deposition Modelling (FDM)