FDM versus FFF:deskundige vergelijking van 3D-printtechnieken

FDM-definitie en vergelijking met FFF

FDM werd voor het eerst ontwikkeld door S. Scott Crump en gepatenteerd door Stratasys in 1989. Het was een van de eerste 3D-printprocessen. FDM gebruikt gangbare productiematerialen en additieven om nauwkeurige modellen te maken. De meeste professionele fabrikanten geven de voorkeur aan FDM boven FFF vanwege de productiekwaliteit. FDM-modellen voldoen eerder aan strenge eisen dan FFF-onderdelen.

FDM maakt gebruik van een X-Y-transportmechanisme om een printkop met daarin een temperatuurgecontroleerde extruder te verplaatsen. Het vertaalt zich over een tafel die zelf langs de Z-as (verticale) beweegt. De extruder geeft een halfgesmolten polymeerfilament vrij in het patroon van de 2D-dwarsdoorsnede van het onderdeel. Elke “plak” in dwarsdoorsnede wordt toegepast op de onderstaande. Het onderdeel wordt opgebouwd uit onderling verbonden strengen van polymeerfilament. Afgezien van de geavanceerde machines is een ander verschil tussen FDM en FFF de verwarmde kamer. De gehele printomgeving wordt in de buurt van de glasovergangstemperatuur van het polymeer gehouden om bouwspanning tijdens het printen te verminderen. Dit resulteert in een betere nauwkeurigheid en minder kromgetrokken modellen dan bij FFF.

FDM-apparatuur is kantoorvriendelijker dan FFF omdat de dampen worden vastgehouden en de machine minder onderhoud nodig heeft. De minimale wanddikte onderscheidt FDM ook van FFF. FFF-systemen gebruiken vaak grotere filamenten, waardoor ze een lagere x-y-resolutie hebben. Als vuistregel geldt dat de minimale praktische wanddikte gelijk is aan drie filamentdiameters, dus FFF heeft dikkere wanden nodig om de structuren stabiel te maken.

Zie ons artikel over Wat is FDM-printen voor meer informatie.

FFF-definitie en vergelijking met FDM

FFF ontstond in 2009 toen het Stratasys-patent afliep. Rep-Rap was het eerste bedrijf dat profiteerde van de beschikbaarheid van de technologie. Ze maakten 3D-printen thuis populair met goedkope machines die gemakkelijk te gebruiken waren. Het assortiment FFF-machines is inmiddels uitgebreid. Operationeel zijn FFF-machines eenvoudig te gebruiken, passen op een bureau en hebben lage operationele overheadkosten.

FFF hanteert hetzelfde proces als FDM. Het brengt lagen filamenten aan op een vlak printbed met behulp van een verwarmd mondstuk of extruder. Het belangrijkste verschil tussen FFF en FDM is het ontbreken van een verwarmde printomgeving. De verwarmde kamer van FDM helpt de temperatuur van het onderdeel onder controle te houden en restspanningen in het eindproduct te verminderen. De ongecontroleerde temperatuur in FFF-machines zorgt ervoor dat de resultaten minder nauwkeurig zijn en sneller kromtrekken.

Wat zijn de voordelen van FFF vergeleken met FDM?

Hieronder worden de voordelen uiteengezet die FFF heeft ten opzichte van FDM:

1. FFF-machines zijn goedkoper in vergelijking met FDM. FFF is geprijsd voor thuis-/hobbygebruik.
2. FFF-systemen zijn kleiner dan FDM-systemen, dus ze passen beter in huizen of kleine kantoren.
3. FFF heeft een lagere elektriciteitsbehoefte dan FDM.

Wat zijn de nadelen van FFF vergeleken met FDM?

Hieronder volgt een lijst met nadelen van FFF vergeleken met FDM:

1. FFF-geprinte onderdelen zijn van lagere kwaliteit; ze zijn poreuzer, vertonen “Z-stappen” en kunnen geen bijzonder kleine, gedetailleerde kenmerken bevatten.
2. FFF-geprinte onderdelen hebben de neiging te vervormen en kromtrekken, vooral bij grotere versies.
3. FFF-machines produceren stinkende dampen, terwijl FDM-machines dergelijke dampen in de afgesloten kamer bevatten.

De cruciale voordelen van FDM ten opzichte van FFF zijn:de resolutie van de constructie (mooiere en nauwkeurigere modellen) en het verminderde risico op vervorming en porositeit als gevolg van een willekeurige temperatuuromgeving.

FDM versus FFF:technologievergelijking

FDM-machines zijn goed gebouwd, robuust en capabel en vereisen weinig onderhoud. FFF-machines variëren daarentegen van de eenvoudige, open frametypen tot professionele apparaten die lijken op ‘baby’ FDM-machines. Beide technologieën maken gebruik van vergelijkbare XYZ-rails en stappenmotoren. Stijfheid is echter een grote factor in de resolutie/kwaliteit van het model. Zwaardere machines printen betere modellen omdat ze mechanisch en thermisch stabieler zijn.

FDM versus FFF:materiaalvergelijking

FDM- en FFF-machines kunnen beide een breed scala aan materialen gebruiken, waaronder vele die uitstekend geschikt zijn voor massaproductie. FDM-machines hebben echter een betere controle over de spuitmondtemperaturen. Ze kunnen technische polymeren met hogere smeltpunten verwerken. Ze zijn ook beter met additieven in het filament.

FDM versus FFF:vergelijking van producttoepassingen

FFF maakt poreuze modellen met lage sterkte en lage resolutie. Deze zijn geschikt voor vorm- en gevoelsevaluatie, maar niet voor operationele of waterdichte onderdelen. De lagen FDM-onderdelen versmelten daarentegen vollediger en overschrijden de sterkte van de FFF-onderdelen. Dit maakt FDM-geprinte onderdelen beter geschikt voor technische modellen.

FDM-printers accepteren ook een breder scala aan filamenteigenschappen, waaronder smelttemperatuur en additieven. Als ze worden gebruikt voor prototyping, betekent dit dat de modellen meer op eindproducten zullen lijken. FFF-printers zijn niet geschikt voor modelbouw met fijne functies. Ze kunnen eenvoudigweg geen kleine functies produceren. 

FDM versus FFF:vergelijking van afdrukvolumes

FDM-systemen zijn ontworpen om aan professionele normen te voldoen; het is de bedoeling dat hun hogere kosten worden gecompenseerd door de hogere kwaliteit van hun producten. Deze machines zijn gebouwd met volumes variërend van 305 x 305 x 254 mm (X-Y-Z) tot 914 x 914 x 609 mm. Dit is te vergelijken met typische FFF-machines met een bouwruimte tussen 150 x 150 x 150 mm en 600 x 600 x 600 mm. De meeste FFF-machines zijn klein, maar hebben nog steeds moeite om modellen te produceren waarvan de kwaliteit consistent is over het hele Z-asbereik. FFF-printers hebben een relatief slechte maatnauwkeurigheid en hun onderdelen hebben de neiging krom te trekken.

FDM versus FFF:vergelijking van oppervlakteafwerking

Van de twee zijn FDM-onderdelen over het algemeen gebouwd met behulp van fijnere filamentgrondstoffen en kleinere Z-stappen, waardoor hun oppervlakteafwerking indrukwekkender is. FFF-materiaal heeft een grotere diameter, dus de resulterende onderdelen hebben een lagere resolutie en de lagen versmelten niet zo goed.

FDM versus FFF:kostenvergelijking

FDM-machines zijn over het algemeen gericht op de professionele markt, met prijzen variërend van ongeveer $2.500 tot $25.000 voor geavanceerde industriële kwaliteiten. Dit weerspiegelt de hoge bouwkwaliteit, stijve bewegingsassen en de mogelijkheid om de hele dag zonder problemen te printen. Terwijl FFF-machines beginnen door te dringen voor professioneel gebruik, zijn ze vaker gericht op licht-, hobby- en thuisgebruik. Prijzen beginnen meestal bij $ 500.

Wat zijn de wederzijdse alternatieven voor de FDM en FFF?

Hieronder vindt u de wederzijdse alternatieven voor zowel FDM als FFF:

1. SLS: SLS (Selective Laser Sintering) werkt door lagen polymeerpoeder op het bed/model te laten vallen. Een laser smelt vervolgens de deeltjes om ze samen te smelten.  Net als FDM en FFF bouwt SLS onderdelen uit thermoplastisch materiaal.
2. SLA: SLA (Stereolithografie) maakt gebruik van UV-laserlicht om vloeibaar fotopolymeermateriaal uit te harden. Het bouwt het plastic onderdeel laag voor laag op, net als FDM en FFF, maar doet dit met het onderdeel ondersteboven. Het model ‘komt tevoorschijn’ uit het vloeibare fotopolymeerreservoir. 

Wat zijn de overeenkomsten tussen FDM en FFF?

Overeenkomsten tussen FDM en FFF worden hieronder opgesomd:

• Beide systemen maken gebruik van een filamentgrondstof die wordt gesmolten op het punt van toepassing. De spuitmond bouwt zijn onderdelen 2D-laag voor 2D op.
• Beide systemen maken gebruik van nuttige polymeermaterialen. De aard van het printproces beperkt het laatste deel echter tot 10-40% van de oorspronkelijke sterkte van het materiaal.
• Beide systemen hebben tot op zekere hoogte moeite met het reproduceren van kleine functies en functionele componenten.

Wat zijn de andere vergelijkingen voor FDM naast FFF?

De volgende printtechnologie vertoont enkele overeenkomsten met FDM:

• FDM versus MJF: MJF (Multi Jet Fusion) is een 3D-printtechnologie met poederbed. Het is vergelijkbaar met FDM omdat beide plastic onderdelen produceren. MJF en FDM gebruiken ook warmte om definitieve onderdelen te produceren. Door de hitte wordt plastic aan elkaar gebonden. Raadpleeg onze volledige gids over FDM versus MJF voor meer informatie.

Wat zijn de andere vergelijkingen voor FFF naast FDM?

Andere vergelijkbare technologieën als FFF zijn:

• FFF versus DLP: DLP-machines (Digital Light Processing) projecteren achtereenvolgens een UV-beeld van elk 2D-plakje in een fotopolymeerhars. De gebieden van verlichte hars die in contact komen met een vast oppervlak harden vervolgens uit en worden onderdeel van de vaste structuur. Deze apparatuur is eenvoudig en komt dichter bij hobbygebruik, hoewel het proces (inclusief het naharden) behoorlijk rommelig kan zijn.
• FFF versus CLIP: CLIP (Continu Liquid Interface Production) produceert eenvoudige onderdelen met behulp van goedkope apparatuur zoals FFF. Net als bij DLP vereisen CLIP-systemen echter een nabehandelingsstap om de modellen af te werken.

Dean McClements

Dean McClements is afgestudeerd aan de B.Eng Honours in Werktuigbouwkunde en heeft meer dan twintig jaar ervaring in de productie-industrie. Zijn professionele carrière omvat belangrijke functies bij toonaangevende bedrijven zoals Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace en Hyster-Yale, waar hij een diep inzicht ontwikkelde in technische processen en innovaties.

Lees meer artikelen van Dean McClements