FDM 3D-printen begrijpen: een complete gids

Ben je benieuwd wat FDM betekent? En wat is FFF-technologie? Vinden je deze termen uit de 3D-printwereld intimiderend?

Fused Deposition Modeling (FDM) en Fused Filament Fabrication (FFF) zijn dezelfde technologie. Beide gebruiken additieve productie via materiaalextrusie. Het materiaal wordt selectief laag voor laag volgens een vooraf bepaalde route aangebracht, wat resulteert in het gewenste 3D-geprinte onderdeel.

Ja, Fused Deposition Modeling en Fused Filament Fabrication zijn dezelfde technologie die polymere onderdelen fabriceert met behulp van een thermisch proces. Dit proces induceert restspanningen, spanningsconcentraties, vervormingen en delaminatie tussen lagen.

FDM is de meest gebruikte 3D-printtechnologie ter wereld. De meeste hobbyisten kiezen voor deze methode.

Wat staat FDM voor in 3D-printen? Waarvoor wordt FDM gebruikt?

FDM staat voor Fused Deposition Modeling. FDM-technologie is een populaire vorm van 3D-printen die duurzame, sterke en nauwkeurige onderdelen produceert. Stratasys Inc., een leidend bedrijf in FDM 3D-printers, bezit het handelsmerk op deze high-performance technologie.

In essentie is Fused Deposition Modeling een additieve productietechnologie die de constructie van driedimensionale objecten mogelijk maakt via een computer-ondersteund productieproces.

FDM is toepasbaar in 3D-printtechnologie om diverse behoeften te vervullen die conceptmodellen definiëren. FDM blijft ideaal voor de volgende belangrijke functies:

1. Produceren van vroege conceptprototypes

FDM 3D-technologie produceert efficiënte vroege conceptprototypes. Opmerkelijk is dat deze, gebouwd uit ABS-M30 productieklas thermoplast, de vorming van gemakkelijk handmatig te verwijderen ondersteuningsstructuren mogelijk maken na voltooiing.

FDM-onderdelen bieden de sterkte- en duurzaamheidseigenschappen van een eindproduct. Daarom zijn FDM-onderdelen ideaal voor fysieke tests.

FDM-prototyping is populair bij ingenieurs en productontwerpers, met name in de auto-industrie. Omdat het voordelen biedt zoals ASA-prototypeproductie, hoewel het langzamer is dan SLA en SLS, is het ideaal voor functionele tests.

Het model komt in eigenschappen als sterkte, UV-stabiliteit, hitte- en waterbestendigheid dicht bij het eindproduct.

2. Ontwerpen valideren

De FDM 3D-printertechnologie valideert de ontwerpen voorgesteld door ontwerpers en ingenieurs. FDM ABS-monsters worden getest onder verschillende omstandigheden. Vervolgens volgt een tweefasemodelsimulatie in het FDM-productieproces.

Ten slotte bepaalt de uitgevoerde analyse of het prototype het gewenste ontwerp werkelijk weerspiegelt.

3. Montage van hulpmiddelen en bevestigingen

Hulpmiddelen en bevestigingen positioneren, houden, beschermen en organiseren componenten in alle fasen van een productieproces. Metaal, kunststof of hout worden gebruikt voor de productie van hulpmiddelen en bevestigingen.

Fused deposition modeling of fused filament fabrication (FFF) vereenvoudigt het traditionele fabricageproces. Daardoor wordt gereedschapsbouw goedkoper en minder tijdrovend. Fabrikanten realiseren daarmee een significante verbetering in productiviteit, kwaliteit en efficiëntie.

Hoe werkt FDM?

Scott Crump, de oprichter van de FDM 3D-printrevolutie, bedacht een bijzondere technologie.

Hoe werkt FDM nu precies?

• De eerste stap is het laden van een spool thermoplastisch filament in de FDM-printer.
• Zodra de nozzle voldoende warm is, smelt het filament en wordt geëxtrudeerd via de nozzlepunt.
• De extrusiekop beweegt in geselecteerde richtingen. Hierdoor worden gesmolten materialen in dunne draden laag voor laag aangebracht op vooraf bepaalde locaties, wat het bouwvolume opbouwt.
• Uiteindelijk koelt het af en verstomt tot het gewenste object van het 3D-printproces.

Koelventilatoren zijn aan de nozzle bevestigd om het afkoelproces te versnellen.

Voordelen & beperkingen van FDM-technologie

Een breed scala aan desktop 3D-printers gebruikt FDM-technologie voor 3D-printen. Stratasys Inc. heeft de FDM-printer en -technologie met succes gepromoot, waardoor ze de toonaangevende promotor van FDM en 3D-printtechnologie wereldwijd zijn geworden dankzij de voordelen.

• Nauwkeurigheid

FDM-printers gebruiken thermoplastisch materiaal dat wordt verwarmd tot het smeltpunt en vervolgens geëxtrudeerd om het eindobject te creëren. Onderzoek van de informatica-afdeling van Carnegie Mellon University stelt dat FDM-productieprocessen nauwkeurig zijn binnen 0,005 inch (0,127 mm).

• Snelheid

FDM-printers zijn bekend om hun hoge prestaties, en snelheid is essentieel. In optimale productieprocessen kunnen FDM-geprinte onderdelen klaar zijn in minuten of enkele uren. Computer-Aided Printing (CAD) zorgt ervoor dat je slechts één stap hoeft te volgen om afgeronde producten te realiseren.

• Gebruiksgemak

FDM-printers zijn eenvoudig te gebruiken omdat ze items kunnen maken die zijn ontworpen in een CAD-programma. Het hele productieproces wordt op een computer ingesteld, wat het een van de meest toegankelijke typen 3D-printen maakt.

Je hoeft alleen de computerapplicatie toe te passen om het proces te starten en af te ronden, de computer doet de rest.

• Betaalbaarheid

De keramische en thermoplastische materialen die in FDM-printers worden gebruikt, zijn betaalbaar vergeleken met alternatieven. De FDM-printers zijn van bescheiden formaat, zodat een geprinte onderdeel geen productie in grote faciliteiten vereist. Dit drukt de kosten voor het produceren van kleinere stukken.

• Schalen

FDM 3D-printen schaalt onderdelen automatisch naar formaat en behoudt daarbij de nauwkeurigheid. Gebruikers van FDM-technologie kunnen daarom miniature prototypes maken voor presentaties of als geschaalde voorbeelden tijdens verkoopgesprekken.

Wat is robuuster, FDM of SLA?

SLA heeft een krachtigere bindingskracht tussen lagen vergeleken met FDM.

FDM-technologie

FDM-printers gebruiken PLA, PETG of ABS filamentmaterialen. De meeste FDM-printers kunnen ook nylon, PVA, TPU en diverse PLA-blends met hout, koolstofvezel, keramiek en metaal verwerken.

Het is een additief productieproces dat snelle prototyping van ontwerpen mogelijk maakt met CAD-softwaretechnologie.

SLA-technologie

SLA staat voor Stereolithography Apparatus. Net als FDM is het een additief proces, wat betekent dat het modellen of objecten laag voor laag opbouwt. Het gebruikt echter een verhardbaar fotopolymer, meestal een vloeibare hars die uithardt door toepassing van ultraviolet licht in een verhardingsproces.

Verschil tussen FDM en SLA

• Precisie en gladheid

Bij FDM-printers hangt de resolutie af van de nozzlemaat en de precisie van de extruderbewegingen. Bij FDM-printen kan het gewicht van de bovenste lagen de onderste lagen comprimeren, wat leidt tot vervorming, krimp en schade.

Daarentegen produceren SLA-printers consequent objecten met hogere resolutie. Ze zijn veel nauwkeuriger dan FDM, omdat een projector of laser met een kleine optische maat de resolutie bepaalt.

• Verwijderen na 3D-printen

FDM-printers veroorzaken hechting aan het printbed. Daardoor is het gemakkelijk om geprinte objecten te verwijderen; als het item vastzit, kun je het met een paletmes losmaken.

Bij SLA 3D-printen kan het lastig zijn om een geprinte model van het printplatform te halen. Er zal veel hars zijn, en je hebt een paletmes nodig om het 3D-model te verwijderen.

• Nabewerking

Bij FDM-printen moet je ondersteuningen verwijderen, vooral als het model overhangs en overbodig plastic heeft. Je gebruikt je vingers of een snijgereedschap.

Een kleverige hars bedekt SLA-geprinte modellen die verwijderd moeten worden in een bad van isopropylalcohol. Rubberen handschoenen beschermen je tegen hars en alcohol.

Veelvoorkomende FDM-materialen

• PLA Filament

PLA is een populair filamentmateriaal voor 3D-printen. Het is een biologisch afbreekbare en bioactieve thermoplastische polyester gemaakt van natuurlijke planten zoals maïszetmeel. De samenstelling maakt het een milieuvriendelijk materiaal.

PLA-toepassingen omvatten het maken van onderdelen, prototypes en producten die geen extreme belasting hoeven te weerstaan.

• ABS Filamenten

ABS is een amorf polymer voor 3D-printen. Productie van ABS verloopt via een emulsieproces uit drie componenten, of het wordt gerecycled. Het is populair op de markt met brede toepassing, zoals toetsenborden, keycaps en meer, met name wanneer onderdelen extra sterkte vereisen.

• PET

PET behoort tot de polyesterfamilie. Het is een thermoplastisch polymer hars gecombineerd met twee monomeren en wordt breed gebruikt voor kleding en flessen.

• PETG

Dit is een expliciet amorf thermoplastisch materiaal dat een verbetering van PET is. Het verbetert PET door het robuuster te maken door toevoeging van glycol aan de materiaalsamenstelling van PET.

• TPU

TPU is een rubberachtig materiaal voor 3D-printen om semi-flexibele onderdelen te produceren. De structuur bestaat uit een keten van harde en zachte segmenten die een breed scala aan 3D-printtoepassingen mogelijk maken.

Conclusie

FDM-printtechnologie is in dit artikel uitgebreid besproken. Je weet nu beter hoe je FDM 3D-printtechnologie kunt optimaliseren voor betere resultaten of producten.

FDM-printen is er om te blijven, en dit goed onderzochte artikel verrijkt je kennis en stelt je in staat FDM-printen in het algemeen te waarderen.