Введение в 3D-печать

Что такое FDM 3D-печать?

Моделирование послойным наплавлением (FDM) — самая широко используемая форма 3D-печати в домашних условиях по всему миру. Этот процесс заключается в выдавливании расплавленного термопластичного материала послойно, позволяя каждому слою остыть и затвердеть перед добавлением следующего.

FDM — это аддитивный метод производства, противоположный субтрактивным процессам, таким как фрезерование на ЧПУ. Вместо того чтобы вырезать материал из цельного блока, FDM использует только материал, необходимый для самой детали, за исключением поддержек для нависаний. Эти опоры удаляются и утилизируются после печати.

Уникальность FDM-печати прежде всего заключается в трех ключевых областях: используемом материале, слайсинговом программном обеспечении, которое преобразует 3D-модели в инструкции G-code, и системе экструзии. Другие компоненты, такие как двигатели и платы управления, не являются уникальными для FDM и распространены во многих методах цифрового производства.

Преимущества FDM-печати

FDM-печать считается одним из наиболее доступных и недорогих методов 3D-печати. По сравнению с другими технологиями, такими как SLA или печать смолами, и машины, и материалы более экономичны. Хотя цены на принтеры для смолы в последние годы снизились, они обычно предлагают меньшие рабочие объемы, требуют более дорогих расходных материалов и, как правило, менее удобны для пользователя.

Разнообразие материалов, доступных для FDM, обширно. Варианты включают гибкие филаменты, смеси с углеродным волокном, нейлон, поликарбонат, устойчивые к УФ-излучению и погодным условиям материалы. Также доступны многие высокотемпературные материалы, хотя они часто требуют закрытой и активно нагреваемой камеры. При наличии сотен типов филамента на рынке — каждый из которых предлагает уникальные характеристики, такие как прочность, гибкость и термостойкость — можно найти материал, подходящий практически для любого применения, при условии, что принтер оснащен совместимым экструдером и хотэндом.

По сравнению с процессами печати на основе смол, FDM также гораздо чище и проще в использовании. Он избегает работы с токсичными химикатами и обычно требует меньшей постобработки. Это делает FDM более подходящим для начинающих и для бытового использования.

Понимание движения осей в FDM-печати

В FDM 3D-печати ориентация осей может быть непривычна для тех, кто знаком с геометрией или общей механикой. Ось X перемещает инструмент слева направо, ось Y — вперед и назад, а ось Z отвечает за вертикальное движение. Хотя это может показаться нелогичным, такая номенклатура является стандартной в сообществе 3D-печати.

Наиболее распространенные конфигурации осей основаны на каркасных (Cartesian) и CoreXY конструкциях. Каркасные принтеры работают с каждой осью, управляемой отдельным шаговым мотором. Как правило, стол движется в направлении Y, в то время как хотэнд перемещается по X. Вся каретка движется по оси Z. Такие принтеры часто называют «bed slinger» (с движущимся столом).

Вид сверху на принтер "bed slinger"

Некоторые устройства, например серия Ender 5, используют каркасное перемещение моторов, но имеют вертикально движущийся стол. Для простоты их часто относят к "гантри-стилю" принтеров. В общем, принтеры, у которых стол перемещается вертикально по оси Z, считаются гантри-стилем, тогда как те, у которых стол движется вперед и назад по оси Y, считаются каркасными или, в разговорной речи, "bed slinger".

Машины CoreXY отличаются тем, что оси X и Y синхронизированы через ременную систему, приводимую в действие двумя шаговыми моторами. Это обеспечивает более плавное движение, уменьшение дрожания по Z и повышенную стабильность — особенно при быстрой печати. Благодаря этим преимуществам CoreXY-принтеры набирают популярность и теперь используются в моделях, таких как серии Bambu Lab X1 и P1.

Такие принтеры, как A1 и A1 Mini, продолжают использовать каркасные конфигурации и известны как "bed slinger".

Delta-принтеры работают по совершенно иному принципу: три рычага, расположенные в треугольнике, позиционируют экструдера над печатным столом. Хотя они могут обеспечивать высокую скорость печати и отличное качество, им требуются более высокие рамы, и они менее компактны, чем каркасные или CoreXY-альтернативы. Эти машины используются значительно реже из-за требований к пространству и настройке, но они способны давать отличные результаты.

Типы экструдеров: Direct против Bowden

FDM-принтеры используют один из двух типов экструдеров: direct drive (прямой) или Bowden. Экструдер прямого привода подаёт филамент непосредственно в хотэнд от мотора, установленного на печатающей головке. В отличие от этого, Bowden-экструдер использует удалённый мотор, который проталкивает филамент через PTFE-трубку к хотэнду.

Bowden-системы снижают вес печатающей головки, что позволяет быстрее перемещаться. Однако они могут испытывать трудности с материалами, такими как TPU (гибкий филамент), и часто требуют точной настройки ретракта, чтобы избежать нитевидных подтеков. Прямые экструдеры обеспечивают лучшую точность, более просты в использовании с гибкими материалами и, как правило, улучшают контроль экструзии.

Недавние достижения в отрасли, такие как компенсация вибраций, сделали весовое преимущество Bowden перед прямым приводом менее значительным. В результате всё больше производителей предлагают доступные модели с прямым приводом, а конфигурации Bowden становятся менее распространёнными.

Читать подробнее о Экструдерах.

Резюме

• Моделирование послойным наплавлением (FDM) — это аддитивный процесс 3D-печати, который выдавливает расплавленный термопластичный материал послойно, позволяя каждому слою затвердеть перед добавлением следующего.

• В отличие от субтрактивных методов, таких как фрезерование на ЧПУ, FDM использует только материал, необходимый для детали, плюс временные опоры, что делает его экономичным и малотратийным.

• FDM-печать зависит от трех основных факторов: материала филамента, слайсинга, который генерирует G-code, и системы экструзии; другие компоненты, такие как двигатели, общие для других типов производства.

• Это самый доступный и недорогой метод 3D-печати, предлагающий широкий спектр материалов, включая гибкие, армированные и высокотемпературные филаменты, подходящие как для любителей, так и для профессионалов.

• FDM-принтеры имеют несколько систем перемещения: Cartesian ("bed slinger"), гантри, CoreXY (синхронизация ремнём для более плавного движения) и Delta (треугольное расположение рычагов для скорости и точности).

• Экструдеры бывают либо прямого привода (мотор закреплён на хотэнде для контроля гибких филаментов), либо Bowden (удалённый мотор для более лёгких и быстрых перемещений), при этом современные улучшения склоняют выбор в пользу прямых схем за универсальность.