Technologia FDM - drukowanie trwałych części z tworzyw termoplastycznych

Technologia FDM, czyli Fused Deposition Modeling jest rozwijana przez firmę Stratasys od początku lat dziewięćdziesiątych. Od samego początku istnienia technologii mocną jej stroną było stosunkowo tanie tworzenie prototypów z rodzimych inżynieryjnych tworzyw sztucznych, jak ABS, ABS-SAN, PC-ABS, ASA, PC, PPSF, PEI, PA, dzięki czemu otrzymywano charakterystykę mechaniczną elementów, zbliżoną do modeli 3D formowanych wtryskowo. Od 2000 roku firma Stratasys postawiła postawić większy nacisk na poszerzanie gamy materiałowej oraz na szybkość pracy maszyn, tak by tworzenie krótkich serii produkcyjnych wyrobów gotowych technologią FDM stało się opłacalne.

Zalety technologii FDM:

  • własności elastyczne bliskie materiałom docelowym stosowanym w przetwórstwie tworzyw sztucznych
  • wysoka udarność drukowanych elementów
  • wiele nowych aplikacji, dzięki innowacyjnemu oprogramowaniu CAM – Insight
  • szybkie tempo budowania pojedynczych detali i małe straty materiałowe
  • rozpuszczalny materiał podporowy
  • wysokowytrzymałe materiały odporne na temperaturę z klasą niepalności UL94 V0 i certyfikacją biozgodnościISO10993/USP Class VI
  • wysoka dokładność wymiarowa nawet dla elementów o dużych wymiarach, powyżej 500 mm rzędu +/-0,15 do +/-0,3 mm, w zależności od geometrii oraz sposobu jego ułożenia w komorze roboczej
  • łątwy postprocesing
  • możliwość pracy w warunkach biurowych

Zasada działania drukarek 3D, pracujących w technologii FDM:

Maszyny pracujące w technologii FDM, czyli Fused Deposition Modeling zajmują się wytwarzaniem detali za pomocą nanoszenia roztopionego filamentu tworzywa sztucznego warstwa po warstwie, spajając je w ten sposób z poprzednimi warstwami elementu, aż do uzyskania pełnej wysokości modelu. Struktury podporowe budowane są z oddzielnego układu plastyfikującego, czyli ekstrudera i mogą być rozpuszczalne lub odłamywane w stosunku od zastosowanego tworzywa. Zwykle przy materiałach standardowych, typu ABS czy PC, stosowany jest materiał podporowy rozpuszczalny, a materiały wysokotemperaturowe typu Ultem 9085, Ultem 1010, czy PPSF wykorzystywany jest odłamywany materiał podporowy. Podobnie jak w technologii SLS, w maszynach FDM proces druku 3D również odbywa się w wysokiej temperaturze, tak by minimalizować skurcz liniowy materiału oraz idące za nim odkształcenia. Proces ekstruzji materiału jest prowadzony w dokładnie określonych warunkach. Ze względu na częściową degradację termiczną materiału podczas przełączania się między budową warstwy suportu i modelu, konieczne jest wypuszczanie małej ilości tworzywa do stacji serwisowej, z równoczesnym przeczyszczeniem układu plastyfikującego.

Dlaczego warto postawić na drukarki 3D FDM Stratasys?

Firma Stratasys od wielu lat promuje ideę bezpośredniego wytwarzania cyfrowego, opartego na metodzie FDM. Działania te zaowocowały szeroką gamą wdrożeń produkcyjnych w branży medycznej, samochodowej, lotniczej oraz kosmicznej. Po połączeniu z marką Objet, firma Statasys posiada jedną z największych baz zainstalowanych systemów druku 3D na świecie oraz jest jednym z technologicznych liderów w tej branży. Przemysłowe podejście do aspektów jakości urządzeń oraz kompleksowej obsługi Klienta sprawia, że ponad 90% maszyn Stratasys jest eksploatowana i są w tym gronie systemy nawet z lat 90-tych. 

Istnieje wiele aplikacji związanych z FDM, które zmieniają oblicze produkcji oraz podejście do projektowania. Wielkim osiągnięciem dla dziedziny druku 3D był projekt Rep-Rap, (rozpoczął się w 2005 roku, jako inicjatywa finansowana przez Uniwersytet Bath w Wielkiej Brytanii i był prowadzony przez dr Adriana Bowyer’a), który od 2009 roku spowodował wysyp urządzeń bazujących na funkcjonowaniu technologii FDM, możliwe do wykorzystania przez prawie każdego użytkownika, relatywnie niewielkim kosztem. Z powodu takiego sukcesu i poszerzającego się grona entuzjastów druku 3D, założyciel marki Stratasys – Pan Scott Crump, udostępnił część kluczowych patentów na technologię FDM, tak by młodzi entuzjaści mogli eksperymentować z własnymi urządzeniami i promować ideę bezpośredniego wytwarzania przyrostowego DDM, czyli Direct Digital Manufacturing. Dla odróżnienia technologii bazującej na projekcie Rep-Rap od profesjonalnych rozwiązań, została ona nazwana FFF, czyli Fused Filament Fabrication. Istnieje jednak wiele różnic między technologią FDM oraz FFF, które powodują, że nie można porównywać dokładności wymiarowej oraz wytrzymałości mechanicznej elementów wytwarzanych tymi dwoma metodami.

Różnice między technologią FDM a innymi pochodnymi tej technologii:

  • dużo wyższe temperatury ekstruzji dzięki czemu tempo pracy maszyn FDM jest dużo większe niż maszyn FFF
  • ogrzewana termostatowana komora robocza o ściśle określonej cyrkulacji powietrza
  • stacja serwisowa do oczyszczania ekstrudera i usuwania zdegradowanego materiału
  • podwójny układ ekstruzji – po jednym układzie plastyfikującym dla materiału modelowego i suportowego
  • materiał ze specjalnymi dodatkami, obniżającymi procentowy skurcz termiczny, dzięki czemu w technologii FDM można uzyskać dużo wyższą stabilność kształtu oraz dokładność wymiarową
  • specjalnie osuszane oraz hermetyzowane kartridże z materiałem modelowym
  • zaawansowane opcje sterowania parametrami ścieżki nanoszonego materiału dla różnych celów aplikacyjnych
  • konstrukcja maszyn przewidziana do ciągłej pracy i optymalizacji dla uzyskania powtarzalnych własności mechanicznych budowanych detali oraz stałej dokładności wymiarowej

 

Kolektor dolotowy dla bolidu Formuła Student z Uniwersytetu w Berlinie wykonany z materiał Ultem 1010 (wytrzymałość temperaturowa do 213oC).

Certyfikowana część produkowana masowo w technologii FDM Stratasys dla samolotu Airbus A350 XWB (element układu klimatyzacji pokładowej)

loading...

Specjalista ds. Techniczno-Handlowych 3D

Jakub Trzyna
tel. +48 32 721 28 24
mob. +48 734 496 293
jtr@bibusmenos.pl

Specjalista ds. Systemów Szybkiego Prototypowania

Agnieszka Ejsmont–Mierzwińska
tel. +48 71 796 42 14
mob. +48 784 431 769
mie@bibusmenos.pl

Kierownik Działu Drukarek 3D

Tomasz Weis
tel. +48 58 762 72 18
mob. +48 662 037 193
tw@bibusmenos.pl