In 3D – Công nghệ FDM (Fused deposition modeling)

1 / Sự sinh ra công nghệ tiên tiến FDM

Công nghệ in 3D FDM được tăng trưởng bởi S. Scott Crump vào cuối những năm 1980. Hãng Stratasys bán chiếc máy sử dụng công nghệ FDM tiên phong có tên “ 3D Modeler ” năm 1992. Máy in 3D dùng công nghệ FDM thiết kế xây dựng mẫu bằng cách đùn nhựa nóng chảy rồi hoá rắn từng lớp tạo nên cấu trúc chi tiết cụ thể dạng khối. Phương pháp này được kinh doanh thương mại hóa bởi công ty Stratasys vào năm 1989. Sản phẩm chính của công ty là dòng máy FDM-900, FDM-1600 và FDM-1650. Vật liệu sử dụng trong FDM là những loại nhựa nhiệt dẻo : ABS, polyamid, nylon, sáp .Công nghệ FDM của Stratasys đến nay đã trở thành một công nghệ tiên tiến ở tầm cỡ công nghiệp. Tuy nhiên, sự tăng trưởng can đảm và mạnh mẽ của những máy in 3D tầm sơ cấp từ năm 2009 hầu hết lại không phải dựa trên công nghệ tiên tiến của Stratasys, mà dựa trên một công ty khác nối tiếng với công nghệ tiên tiến in này là MakerBot, họ có công nghệ tiên tiến tựa như và đặt đã đặt tên cho giải pháp in này là Fused Filament Fabrication ( FFF ). Điều đặc biệt quan trọng của công nghệ tiên tiến này đó là nó không chỉ có năng lực in những nguyên mẫu mà còn in được những loại sản phẩm triển khai xong ở đầu cuối đến tay người dùng. Công nghệ này có hiệu suất cao và sử dụng kỹ thuật in nhiệt dẻo rất có giá trị so với kĩ sư cơ khí và những đơn vị sản xuất, nhờ thế mà thành phẩm có phẩm chất tốt về mặt cơ học, nhiệt và hóa học .

Thời gian in phụ thuộc vào kích thước và độ phức tạp của một đối tượng in. Các đồ vật nhỏ có thể in tương đối nhanh chóng trong khi các bộ phận phức tạp đòi hỏi nhiều thời gian hơn. So với kỹ thuật SLA, FDM thực hiện in chậm hơn.

Vì giá tiền máy và vật tư in 3D rẻ, nên công nghệ tiên tiến này đang là công nghệ tiên tiến in 3D tăng trưởng mạnh nhất, phổ cập nhất lúc bấy giờ ( còn được gọi là công nghệ tiên tiến in 3D FFF ). Điển hình là những dòng máy in 3D Reprap hoặc máy in 3D giá rẻ ( Makerbot, Printerbot, Flashforge, .. )

2 / Cấu tạo

  • Máy tính và hệ thống phần mềm: xuất ra file CAD và mặt cắt ngang của các lớp
  • Cơ cấu điều khiển đầu đùn: di chuyển theo hai hướng XY của bàn
  • Đầu đùn: được điều khiển theo file đã định trước
  • Sợi nhựa nhiệt dẻo hay sáp: đùn qua đầu phun nhỏ của khuôn được gia nhiệt
  • Cơ cấu cung cấp sợi nhựa
  • Bàn: có thể nâng lên hay hạ xuống khi cần thiết

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của FDMThông số sản phẩm khi chế tạo bằng SLAsơ đồ nguyên lý FDM

3 / Ưu và điểm yếu kém là gì ?

3.1 / Ưu điểm

Là công nghệ tiên tiến in 3D giá rẻ, dễ thay thế sửa chữa và sửa chữa thay thế cụ thể máy móc, in với số lượng lớn, ít tốn nguyên vật liệu. Thường sử dụng trong những mẫu sản phẩm cần chịu lực. Tốc độ tạo hình 3D nhanh. Quá trình tạo mẫu nhanh của FDM không giống như công nghệ SLA, LOM, SLS phải sử dụng tia laser để tạo hình loại sản phẩm mà công nghệ tiên tiến tạo mẫu nhanh FDM đơn thuần hơn rất nhiều, độ đáng tin cậy cao, bảo trì thuận tiện .Công nghệ tạo mẫu nhanh FDM sử dụng vật tư nhựa nhiệt dẻo không độc, không mùi, và do đó sẽ không gây ô nhiễm môi trường tự nhiên xung quanh. Thiết bị hoạt động giải trí tạo ra ít tiếng ồn .

3.2 / Nhược điểm

Ít khi dùng trong lắp ghép vì độ đúng chuẩn không cao. Khả năng chịu lực không như nhau .

4 / Nguyên lý thao tác

  1. Mô hình sản phẩm được tạo ra bởi phần mềm CAD sử dụng file JGES hoặc file STL.
  2. File CAD được cắt thành từng lớp, sau đó được xử lý bởi phần mềm Quickslide và Supportwork. Cấu trúc đỡ chi tiết được tự động tạo ra nếu cần thiết.
  3. Vật liệu cung cấp sau khi qua đầu phun được gia nhiệt sẽ nóng chảy và đùn ra tấm đế theo đường dẫn bởi Quickslide tạo ra lớp đầu tiên. Chiều rộng của vật liệu thoát ra có thể thay đổi trong khoảng 0,254mm-2,54mm
  4. Khi một lớp vật liệu hoàn thành, đầu phun của máy FDM sẽ di chuyển theo phương Z để tạo ra lớp kế tiếp. Lớp vật liệu vừa đùn ra sẽ liên kết với lớp vật liệu trước đó. Quá trình lặp lại cho đến khi mẫu được tạo ra hoàn chỉnh.

Công nghệ FDM/FFF dựa trên nguyên tắc làm nóng chảy sợi nhựa được lắng lại thông qua một đầu phun nhiệt trên một bề mặt. Cử động của đầu phun được điều khiển dựa trên số liệu 3D được cung cấp đến máy in. Mỗi lớp sau khi lắng lại sẽ rắn hóa và liên kết với lớp được in trước đó. Công ty Stratasys đã phát triển một phạm vi rất rộng những vật liệu tầm cỡ công nghiệp độc quyền cho công nghệ FDM của họ và có thể ứng dụng trong nhiều quá trình sản xuất khác nhau. Ở tầm thị trường sơ cấp, dù vẫn đang tiếp tục mở rộng nhưng vật liệu còn tương đối hạn chế. Những vật liệu phổ biến nhất dành cho máy in 3D FFF ở cấp độ sơ cấp chính là nhựa ABS và PLA.

Ngoài ra, Công nghệ FDM / FFF cần có những cấu trúc tương hỗ khi sử dụng trong ứng dụng có biên dạng nhô ra hoặc cắt ngầm. Với FDM, để giải quyết và xử lý người sử dụng sẽ cần một vật tư khác, thường là dạng lỏng, hoàn toàn có thể làm trôi vật tư tương hỗ một cách thuận tiện sau khi in xong. Việc sử dụng vật tư tương hỗ có tính giòn cũng là một lựa chọn, do hoàn toàn có thể thuận tiện vô hiệu bằng cách bẻ gãy hoặc cắt ra khỏi cụ thể. Đối với những máy in 3D sơ cấp dạng FFF, thì vật tư tương hỗ vẫn là một hạn chế. Tuy nhiên, với những mạng lưới hệ thống được tăng trưởng, nâng cấp cải tiến để sử dụng với hai đầu phun, yếu tố này đã phần nào được xử lý .Nói về chế tác hình mẫu, công nghệ FDM từ Stratasys là công nghệ tiên tiến có độ đúng chuẩn và an toàn và đáng tin cậy cao, tương đối thân thiện với thiên nhiên và môi trường văn phòng / studio, dù việc sử dụng những quy trình giải quyết và xử lý sau gia công hoàn toàn có thể sẽ thiết yếu trong nhiều trường hợp. Ở mức độ sơ cấp, công nghệ FFF tạo ra những quy mô có độ đúng mực kém hơn nhiều, nhưng yếu tố này vẫn đang không ngừng được cải tổ .Công nghệ này hoàn toàn có thể tiêu tốn nhiều thời hạn khi thao tác với một số ít biên dạng chi tiết cụ thể phức tạp. Khả năng kết nối giữa những lớp cũng là một yếu tố cần phải xem xét, vì hoàn toàn có thể làm ảnh hưởng tác động đến độ kín của loại sản phẩm. Tuy nhiên, quy trình giải quyết và xử lý sau khi in hoàn toàn có thể xử lý được phần nào yếu tố này .

4.1 / Nguyên lý hoạt động giải trí của máy in 3D với công nghệ tiên tiến FDM

Nguyên lý hoạt động giải trí của máy in 3D công nghệ FDM : Máy in 3D dùng công nghệ FDM kiến thiết xây dựng mẫu bằng cách đùn nhựa nóng chảy rồi hoá rắn từng lớp tạo nên cấu trúc chi tiết cụ thể dạng khối. Vật liệu sử dụng ở dạng sợi có đường kính từ 1.75 – 3 mm, được dẫn từ một cuộn tới đầu đùn mà hoạt động điều khiển và tinh chỉnh bằng động cơ servo. Khi sợi được cấp tới đầu đùn nó được làm nóng sau đó nó được đẩy ra qua vòi đùn lên mặt phẳng đế .Trong máy in 3D ( FDM ) vật tư nóng chảy được đẩy ra, đầu đùn sẽ chuyển dời một biên dạng 2D. Độ rộng của đường đùn hoàn toàn có thể đổi khác trong khoảng chừng từ ( từ 0,193 mm đến 0,965 mm ) và được xác lập bằng size của miệng đùn. Miệng của vòi đùn không hề biến hóa trong quy trình tạo mẫu, do đó cần nghiên cứu và phân tích những quy mô tạo mẫu trước khi chọn vòi đùn thích hợp .nguyên lý FDM

Từ máy in 3D ( FDM ) lớp vật tư nóng chảy được đùn ra nó nguội nhanh trong khoảng chừng 1/10 ( s ) và đông cứng lại. Khi một lớp được phủ hoàn thành xong trên mặt phẳng thì sẽ vận động và di chuyển sang một lớp khác mỏng dính thường thì từ 0,178 mm đến 0,356 mm và quy trình được lặp lại cho đến khi tạo xong mẫu sản phẩm .Về vật tư tạo mẫu khá phong phú : Trong công nghệ tiên tiến tạo mẫu nhanh FDM, đường kính đùn ra từ vòi phun nằm trong khoảng chừng 0,25 – 1 mm, vì thế hầu hết những loại vật tư nhiệt dẻo đều hoàn toàn có thể dáp ứng được với việc đổi khác size. Ngoài ra, cùng một loại vật tư nhưng hoàn toàn có thể sử dụng nhiều sắc tố khác nhau để tạo ra những cụ thể nhu yếu nhiều sắc tố. Công nghệ tạo mẫu nhanh FDM tạo cơ tính tốt cho vật tư tạo mẫu là nguyên do cơ bản dẫn đến sự tăng trưởng nhanh gọn của công nghệ tiên tiến này, chính bới nó cung ứng tối đa những nhu yếu phong phú của người sử dụng vật tư .Trong những năm qua nhu yếu cho những bộ phận, quy mô công dụng liên tục tăng trưởng và công nghệ FDM rất tương thích với những nhu yếu thời nay. Công nghệ FDM hoàn toàn có thể tạo ra những mẫu sản phẩm phức tạp mà những công nghệ tiên tiến tạo hình truyền thống lịch sử không làm được. Những mẫu sản phẩm với cấu trúc phức tạp, những mẫu sản phẩm có những khoảng chừng rỗng bên trong với vỏ ngoài kín, những loại sản phẩm mang đặc thù từu tượng …

5 / Phạm vi ứng dụng

  • Tạo các mô hình mẫu
  • Chế tạo các bộ phận chi tiết nhỏ
  • Sử dụng được nhiều dạng vật liệu sinh học

Source: https://lava.com.vn
Category: Hỏi Đáp