Введение в 3D-печать

Что такое FDM 3D-печать?

Fused Deposition Modeling (FDM) — это наиболее широко используемый вид 3D-печати в домашних условиях по всему миру. Этот процесс предполагает послойное выдавливание расплавленного термопластичного материала, при этом каждый слой успевает остыть и затвердеть до того, как будет нанесён следующий.

FDM — это метод аддитивного производства, противоположный субтрактивным процессам, таким как фрезерование на ЧПУ. Вместо удаления материала из цельного блока FDM использует только тот материал, который нужен для самой детали, за исключением поддержек, используемых для нависающих элементов. Эти поддержки удаляются и выбрасываются после печати.

Уникальность FDM-печати в основном заключается в трёх ключевых областях: используемом материале, слайсинговом ПО, которое преобразует 3D-модели в инструкции G-code, и системе экструзии. Другие компоненты, такие как моторы и платы управления, не являются эксклюзивными для FDM и распространены во многих методах цифрового производства.

Преимущества FDM-печати

FDM-печать считается одним из самых доступных и недорогих методов 3D-печати. По сравнению с другими технологиями, такими как SLA или печать смолой, как сами принтеры, так и материалы более экономичны. Хотя цены на принтеры для печати смолой в последние годы снизились, они, как правило, имеют меньший объём печати и используют более дорогие расходные материалы, а также обычно менее удобны для пользователя.

Ассортимент материалов для FDM очень широк. Варианты включают гибкие филаменты, смеси с углеродным волокном, нейлон, поликарбонат, УФ-стойкие и погодоустойчивые материалы. Также доступны многие высокотемпературные материалы, хотя для них часто требуются закрытые и активно подогреваемые камеры. На рынке представлены сотни типов филаментов — каждый со своими уникальными характеристиками, такими как прочность, гибкость и термостойкость, — поэтому можно найти материал практически для любого применения, если принтер оснащён совместимым экструдером и хотэндом.

По сравнению с процессами печати на основе смолы FDM также гораздо чище и проще в использовании. Он не требует работы с токсичными химикатами и обычно подразумевает меньше последующей обработки. Это делает FDM более удобным для новичков и лучше подходящим для любительского или домашнего использования.

Понимание движения по осям в FDM-печати

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

Наиболее распространённые конфигурации осей основаны на конструкциях Cartesian и CoreXY. Принтеры Cartesian работают так, что каждая ось управляется независимо своим шаговым двигателем. Обычно стол перемещается по оси Y, а хотэнд — по оси X. Вся каретка движется по оси Z. Такие принтеры часто называют «bed slingers».

Вид сверху на принтер типа «bed slinger»

Некоторые машины, такие как серия Ender 5, используют Cartesian-стиль движения моторов, но имеют вертикально перемещающийся стол. Для простоты их часто относят к принтерам «gantry-style». В общем, принтеры, у которых стол движется вертикально по оси Z, считаются принтерами типа gantry, а те, у которых стол движется вперёд и назад по оси Y, считаются Cartesian или, более разговорно, «bed slingers».

Машины CoreXY отличаются тем, что оси X и Y синхронизируются через ременную систему, приводимую в движение двумя шаговыми двигателями. Это обеспечивает более плавное движение, уменьшение Z-биения и повышенную стабильность — особенно при более быстрой печати. Принтеры CoreXY набирают популярность благодаря этим преимуществам и теперь встречаются в моделях вроде серий Bambu Lab X1 и P1.

Принтеры, такие как A1 и A1 Mini, по-прежнему используют Cartesian-конфигурации и известны как «bed slingers».

Delta-принтеры работают по совершенно другому принципу, используя три рычага, расположенные в форме треугольника, чтобы позиционировать экструдер над столом печати. Хотя они могут обеспечивать высокую скорость печати и отличное качество, им требуются более высокие рамы, и они менее компактны, чем альтернативы Cartesian или CoreXY. Из-за требований к пространству и настройке такие машины используются значительно реже, но способны давать превосходные результаты.

Типы экструдеров: Direct и Bowden

FDM-принтеры используют один из двух типов экструдеров: direct drive или Bowden. Экструдер direct drive подаёт филамент непосредственно в хотэнд от мотора, установленного на печатающей голове. В отличие от него, экструдер Bowden использует удалённый мотор, чтобы проталкивать филамент через трубку PTFE к хотэнду.

Системы Bowden уменьшают вес печатающей головы, что позволяет повысить скорость перемещения. Однако им бывает сложно работать с такими материалами, как TPU (гибкий филамент), и для предотвращения образования нитей часто требуется точная настройка параметров ретракции. Экструдеры direct обеспечивают лучшую точность, более простую работу с гибкими материалами и, как правило, более эффективный контроль экструзии.

Недавние достижения в отрасли, такие как компенсация вибраций, сделали недостаток прямого привода, связанный с весом, менее значимым. В результате всё больше производителей предлагают доступные модели с direct drive, а конфигурации Bowden становятся менее распространёнными.

Узнайте больше о Экструдеры.

Итоги

• Fused Deposition Modeling (FDM) — это аддитивный процесс 3D-печати, при котором расплавленный термопластичный материал наносится послойно, и каждый слой успевает затвердеть перед нанесением следующего.
• В отличие от субтрактивных методов, таких как фрезерование на ЧПУ, FDM использует только материал, необходимый для детали, плюс временные поддержки, что делает его эффективным и малoотходным.
• FDM-печать зависит от трёх основных факторов: материала филамента, слайсингового ПО, которое создаёт G-code, и системы экструзии; другие компоненты, такие как моторы, общие для других видов производства.
• Это самый доступный и недорогой метод 3D-печати, предлагающий широкий выбор материалов, включая гибкие, армированные и высокотемпературные филаменты, подходящие как для любителей, так и для профессионалов.
• FDM-принтеры бывают нескольких типов кинематики: Cartesian («bed slinger»), gantry, CoreXY (синхронизация через ремни для более плавного движения) и Delta (позиционирование с помощью треугольных рычагов для скорости и точности).
• Экструдеры бывают либо direct drive (мотор закреплён на хотэнде для лучшего контроля гибкого филамента), либо Bowden (удалённый мотор для более лёгких и быстрых перемещений), при этом современные улучшения делают direct-схемы предпочтительнее благодаря их универсальности.