راهنمای کوچک مدل‌ سازی رسوب ذوب شده (FDM)

آخرین به روزرسانی

مقدمه

مدل‌ سازی رسوب ذوب شده (FDM) که به نام ساخت فیلامنت ذوب شده (FFF) نیز شناخته می‌شود، یکی از محبوب‌ترین فناوری‌های چاپ سه‌بعدی است. این روش به دلیل سادگی، مقرون به صرفه بودن و تنوع مواد، انتخابی ایده‌آل برای طیف گسترده‌ای از کاربردها، از نمونه‌سازی سریع تا تولید نهایی، است.

در FDM، رشته‌های پلاستیکی ذوب شده و به صورت لایه به لایه روی هم قرار می‌گیرند تا یک مدل سه‌بعدی را ایجاد کنند. این فرآیند به دقت و ظرافت بالایی نیاز دارد تا قطعاتی با کیفیت و دقیق تولید شوند.

مدل‌ سازی رسوب ذوب شده چیست؟

مدل‌ سازی رسوب ذوب شده (FDM) فرآیندی در تولید افزایشی است که در آن یک دستگاه با دقت رشته‌های پلاستیکی ذوب‌شده را برای ایجاد یک قطعه اکسترود می‌کند. این رشته‌ها از یک نازل گرم‌شده خارج می‌شوند و در یک الگوی زیگزاگی یا الگوهای مختلف دیگر قرار می‌گیرند تا شکل قطعه را از پایین به بالا ایجاد کنند.

فناوری FDM می‌تواند برای نمونه‌سازی سریع استفاده شود و به خاطر سرعت، دقت و هزینه رقابتی‌ آن شناخته می‌شود. قطعات چاپ‌شده بسیار محکم هستند، به‌ویژه در مقایسه با تف‌جوشی لیزری انتخابی (SLS)، که آن‌ها را برای پروژه‌هایی که به استحکام نیاز دارند، گزینه‌ای عالی می کند. راهنمای کوچک مدل‌ سازی رسوب ذوب شده FDM ما اطلاعاتی در مورد مزایای FDM، تلرانس‌ها (تحمل‌های ابعادی) و ویژگی‌های خاص طراحی ارائه می‌دهد.

کاربرد ترموپلاستیک‌های مهندسی در مدل‌ سازی رسوب ذوب شده

ترموپلاستیک‌های مهندسی دسته‌ای از مواد پلیمری هستند که به دلیل خواص مکانیکی و حرارتی عالی، در طیف گسترده‌ای از کاربردها از جمله صنعت، پزشکی و هوافضا استفاده می‌شوند. در چاپ سه‌بعدی مدل‌ سازی رسوب ذوب شده، ترموپلاستیک‌های مهندسی به دلیل مزایای متعددی که ارائه می‌دهند، به طور فزاینده‌ای محبوب شده‌اند.

مزایای استفاده از ترموپلاستیک‌های مهندسی در مدل‌ سازی رسوب ذوب شده

• مقاومت بالا: ترموپلاستیک‌های مهندسی به طور کلی از استحکام و سختی بالایی برخوردارند که آنها را برای کاربردهایی که نیاز به تحمل بارهای سنگین دارند، مناسب می‌کند.
• مقاومت حرارتی: ترموپلاستیک‌های مهندسی می‌توانند در برابر دمای بالا بدون تغییر شکل یا تخریب مقاومت کنند.
• مقاومت شیمیایی: ترموپلاستیک‌های مهندسی در برابر طیف وسیعی از مواد شیمیایی مقاوم هستند.
• قابلیت پردازش: ترموپلاستیک‌های مهندسی به راحتی با استفاده از تجهیزات FDM استاندارد قابل پردازش هستند.
• تنوع: طیف گسترده‌ای از ترموپلاستیک‌های مهندسی با خواص مختلف در دسترس هستند.

برخی از رایج‌ترین ترموپلاستیک‌های مهندسی مورد استفاده در مدل‌ سازی رسوب ذوب شده

• ABS: ABS یک ترموپلاستیک با استحکام و سختی بالا است. ABS به دلیل قیمت مناسب و سهولت چاپ، یکی از محبوب‌ترین مواد مدل سازی رسوب ذوب شده است.
• PC: PC (پلی‌کربنات) یک ترموپلاستیک شفاف با مقاومت بالا در برابر ضربه و حرارت است. PC برای کاربردهایی که نیاز به استحکام و شفافیت دارند، مانند محفظه‌های الکترونیکی و قطعات خودرو، مناسب است.
• Nylon: نایلون یک ترموپلاستیک انعطاف‌پذیر با مقاومت بالا در برابر سایش و مواد شیمیایی است. نایلون برای کاربردهایی که نیاز به استحکام و انعطاف‌پذیری دارند، مانند چرخ دنده‌ها و یاتاقان‌ها، مناسب است.
• PETG: PETG (پلی اتیلن ترفتالات گلیسیرین) یک ترموپلاستیک شفاف با مقاومت بالا در برابر آب و مواد شیمیایی است. PETG برای کاربردهایی که نیاز به شفافیت و مقاومت در برابر مواد شیمیایی دارند، مانند بطری‌ها و ظروف، مناسب است.
• PEEK: PEEK (پلی اتر اترکتون) یک ترموپلاستیک با استحکام بالا و مقاومت حرارتی عالی است. PEEK برای کاربردهای با کارایی بالا که نیاز به استحکام و مقاومت در برابر دمای بالا دارند، مانند قطعات هوافضا و تجهیزات پزشکی، مناسب است.

دسترسی به طیف گسترده‌ای از ترموپلاستیک‌های مهندسی به مدل‌ سازی رسوب ذوب شده FDM مزیت متمایزی نسبت به سایر فناوری‌های چاپ سه بعدی می‌دهد. علاوه بر انتخاب گسترده‌ی مواد، مدل‌ سازی رسوب ذوب شده طیف وسیعی از گزینه‌های رنگ را نیز ارائه می‌دهد.

• سفید
• خاکستری روشن
• خاکستری
• خاکستری تیره
• مشکی
• زرد
• نارنجی
• قرمز
• سبز
• آبی
• آبی تیره
• عاجی طبیعی
• طبیعی
• شفاف کهربایی
• شفاف قرمز
• شفاف

سایر مزایا

هندسه‌های پیچیده

آزادی در طراحی و ساخت هندسه‌های پیچیده و ساختارهای داخلی ظریف یکی از مهم‌ترین امکانات تولید افزایشی است. فناوری‌های چاپ سه‌بعدی به شما امکان می‌دهند قطعاتی را بسازید که ساخت آنها به روش‌های دیگر غیرممکن است. با ذهنی باز فکر کنید!

دقت چاپ سه‌بعدیFDM

دقت چاپ سه‌بعدی FDM به عوامل متعددی از جمله ضخامت لایه، دقت نازل، کیفیت فیلامنت، تنظیمات چاپ و هندسه مدل بستگی دارد. به طور کلی، مدل‌ سازی رسوب ذوب شده می‌تواند قطعاتی با دقت ابعادی +/- 0.1 میلی‌متر یا 0.004 اینچ تولید کند. با این حال، برای دستیابی به این سطح از دقت، باید از تنظیمات چاپ مناسب و مواد باکیفیت استفاده کرد.

علاوه بر دقت ابعادی، FDM می‌تواند جزئیات ظریف و هندسه‌های پیچیده را نیز چاپ کند. با این حال، دقت چاپ جزئیات به ضخامت لایه و وضوح نازل بستگی دارد. ضخامت لایه‌های نازک‌تر و وضوح نازل بالاتر، جزئیات دقیق‌تر و هندسه‌های پیچیده‌تر را به ارمغان می‌آورد.

در نهایت، دقت چاپ سه‌بعدی FDM به مهارت و تجربه کاربر نیز بستگی دارد. با تجربه و دانش کافی، کاربران می‌توانند تنظیمات چاپ را برای دستیابی به بهترین نتایج برای هر مدل خاص تنظیم کنند.

حجم ساخت FDM

حجم ساخت در مدل‌ سازی رسوب ذوب شده به حداکثر ابعادی که یک چاپگر سه‌بعدی FDM می‌تواند در یک چاپ بسازد، اشاره دارد. این حجم توسط ابعاد سکو یا صفحه ساخت تعیین می‌شود.

حجم ساخت در چاپگرهای سه‌بعدی FDM مختلف، از کوچک تا بزرگ متغیر است. به طور کلی، چاپگرهای رومیزی FDM حجم ساخت کوچکتری در حدود 200x200x200 میلی‌متر دارند. در حالی که چاپگرهای صنعتی FDM می‌توانند قطعاتی با حجم 1000x1000x1000 میلی‌متر یا حتی بزرگ‌تر را چاپ کنند.

انتخاب چاپگر سه‌بعدی FDM با حجم ساخت مناسب به نیازهای شما بستگی دارد. اگر قصد دارید قطعات کوچک را چاپ کنید، یک چاپگر رومیزی FDM با حجم ساخت کوچک ممکن است برای شما کافی باشد. اما اگر قصد دارید قطعات بزرگ را چاپ کنید، به یک چاپگر FDM صنعتی با حجم ساخت بزرگ نیاز خواهید داشت.

علاوه بر حجم ساخت، باید به ابعاد و هندسه مدل خود نیز توجه کنید. اگر مدل شما بزرگ‌تر از حجم ساخت چاپگر باشد، نمی‌توانید آن را چاپ کنید.

در نهایت، به یاد داشته باشید که حجم ساخت فقط یکی از عوامل متعددی است که باید هنگام انتخاب چاپگر سه‌بعدی FDM در نظر بگیرید.

نکات طراحی در مدل‌ سازی رسوب ذوب شده FDM

نکته طراحی 1: ضخامت دیواره

چاپگرهای سه‌بعدی قطعات را با قرار دادن لایه‌های متوالی مواد تولید می‌کنند. ضخامت دیواره به اندازه فیلامنت محدود می‌شود و ویژگی‌های نازک‌تر از دو برابر ضخامت رشته معمولاً با موفقیت چاپ نمی‌شوند. ویژگی‌هایی که تنها با یک لایه فیلامنت ایجاد می‌شوند ضعیف و نادقیق هستند. برای سازه‌های با قابلیت تحمل بار، دیواره‌ها باید حداقل بین 1.2 تا 1.5 میلی‌متر (047. تا 0.06 اینچ) ضخامت داشته باشند تا بهترین نتیجه را داشته باشند و به فیلامنت اجازه دهند تا بین لایه‌ها جا بگیرد. دیواره‌هایی که پروفیل بسته ندارند، مانند خطوط، نیز در مقایسه با حلقه‌های دایره‌ای و بسته، دقت کمتری دارند. در نتیجه، دیوارهای نازک‌تر و مدورتر به طرح اولیه نزدیک‌تر از دیوارهایی با خطوط مستقیم هستند.

نکته طراحی 2: جهت‌گیری

جهت‌گیری قطعات در مدل‌ سازی رسوب ذوب شده FDM تأثیر بسزایی در استحکام و ظاهر کلی آن، به‌ویژه برای ویژگی‌های ریز و متحدالمرکز دارد. ویژگی‌های متحدالمرکز زمانی که لایه‌ها موازی با محور XY چاپ شوند، بهترین وضوح را خواهند داشت. بسیاری از ویژگی‌های ریز (مانند زبانه‌ها) زمانی که موازی با محور XY چاپ شوند نیز قوی‌تر هستند. طراحی یک قطعه به گونه ای که ویژگی‌های ظریف و متحدالمرکز در یک راستا قرار گرفته باشند، به تعیین بهترین جهت برای چاپ یک قطعه کمک می‌کند.

نکته طراحی 3: سوراخ‌ها

متخصصان توصیه می‌کند که سوراخ‌ها برای مدل‌ سازی رسوب ذوب شده FDM با قطری بزرگتر از 1 میلی‌متر (0.04 اینچ) طراحی شوند تا شکل دایره‌ای خود را حفظ کنند. جهت سوراخ‌ها بسیار مهم است و وضوح تصویر زمانی که موازی با محور xy چاپ شود بهتر است. علتش این است که سوراخ‌ها با دایره‌های متحدالمرکز فیلامنت مشخص می‌شوند، نه توقف‌های پلکانی بین لایه‌ها. برای افزایش دقت سوراخ‌های عبوری، ممکن است در طول فرآیند پس‌پردازش سوراخ‌ها را دریل شوند.

نکته طراحی 4: متن و جزئیات کوچک

چاپ متن و جزئیات کوچک در مدل‌ سازی رسوب ذوب شده FDM بسیار دشوار است زیرا بسیاری از ویژگی‌های کوچک زمانی که زیر تلرانس‌های خاصی مانند ضخامت فیلامنت باشند، در فرآیند چاپ ثبت نمی‌شوند. ضخامت توصیه‌شده برای متن برجسته باید حداقل 1 میلی‌متر (0.04 اینچ) باشد تا به‌طور صحیح ثبت شود. متن همچنین باید حداقل 1 میلی‌متر (0.04 اینچ) ارتفاع داشته باشد، اما 1.2 تا 1.5 میلی‌متر (0.047 تا 0.06 اینچ) برای خوانایی و جلوگیری از خطاهای غیرمنتظره توصیه می‌شود. این کار به چندین لایه فیلامنت اجازه می‌دهد تا روی هم قرار گیرند و خطر شکستگی را کاهش می‌دهد. متن‌های بریده شده نیز باید برای وضوح تصویر این تلرانس‌ها را رعایت کنند.

نکته طراحی 5: زبانه‌ها

زبانه‌ها در چاپ مدل‌ سازی رسوب ذوب شده FDM، به خصوص برای قطعات بزرگ‌تر، بسیار مستعد شکستن هستند. اولین قدم این است که تا حد امکان اندازه زبانه را افزایش دهید (اندازه به کاربرد و اندازه کلی قطعه بستگی دارد). جهت‌گیری زبانه‌ها موازی با صفحه XY نیز استحکام زبانه را افزایش می‌دهد و خطر شکستن را کاهش می‌دهد. یک راه عالی دیگر برای استفاده از زبانه‌ها در FDM، ادغام یک طرح زبانه قابل تعویض است. به این ترتیب، زبانه‌ها می‌توانند به طور جداگانه در بهترین جهت‌گیری چاپ و سپس در مرحله پس پردازش، در جای خود قرار داده شوند.

نکته طراحی 6: تیغه ها

یک جایگزین عالی دیگر برای گوشه‌ها برای افزایش استحکام سازه‌های با قابلیت تحمل بار، اضافه کردن تیغه ها است. دلیلش این است که تیغه ها نیروی اعمال شده به یک سازه را در سطح وسیع‌تر توزیع می‌کنند. هنگام ایجاد تیغه ها، پیروی از تلرانس‌های ذکر شده در بخش ضخامت دیواره برای اطمینان از اینکه آنها خیلی نازک نیستند و در حین چاپ نمی‌شکند یا کنده نمی‌شود، مهم است. به همین دلیل، حداقل ضخامت تیغه ایمن برای دنبال کردن 1.5 میلی متر (0.06 اینچ) است تا به چندین لایه فیلامنت در داخل هر تیغه اجازه عبور داده شود.

نکته طراحی 7: زاویه شیب

در چاپ سه‌بعدی مدل‌سازی رسوب ذوب شده FDM، زاویه شیب نقش مهمی در کیفیت چاپ دارد. زاویه شیب کم، اثر پله‌ای را افزایش می‌دهد و ظاهر و کیفیت قطعه را خراب می‌کند. برای حل این مشکل، باید زاویه شیب را افزایش دهید. به طور کلی، زاویه شیب بیش از 45 درجه، اثر پله‌ای را به حداقل می‌رساند.

علاوه بر زاویه شیب، لبه‌های تیز به جای لبه‌های گرد، اثر پله‌ای را کمتر نشان می‌دهند. همچنین نرم‌افزارهای مختلفی برای صاف کردن سطوح شیب‌دار و کاهش اثر پله‌ای وجود دارند.

طبق تجربیات متخصصان، استفاده از زاویه شیب 60 درجه یا بیشتر، بهترین نتیجه را برای صاف کردن سطوح شیب‌دار ارائه می‌دهد. لبه‌های تیز باید با احتیاط استفاده شوند، زیرا ممکن است در حین چاپ شکننده باشند. انتخاب بهترین نرم‌افزار برای صاف کردن سطوح شیب‌دار به پیچیدگی مدل و نیازهای شما بستگی دارد.

نکته مهم: افزایش زاویه شیب ممکن است به استحکام قطعه آسیب برساند. همیشه قبل از چاپ نهایی، نمونه اولیه را با زاویه‌های مختلف شیب چاپ کنید تا بهترین نتیجه را برای مدل خود پیدا کنید.

نکته طراحی 8: لبه‌های تیز

در چاپ سه‌بعدی مدل‌سازی رسوب ذوب شده FDM، لبه‌های تیز (knife edges) ممکن است به دلیل محدودیت‌های رزولوشن، به خوبی چاپ نشوند. این مشکل می‌تواند منجر به ناهمواری، ناپایداری و نقص در ساختار لبه شود.

راهکارهای رفع مشکل لبه‌های تیز

• ضخیم‌تر کردن لبه: برای حل مشکل لبه‌های تیز، می‌توانید ضخامت آنها را کمی افزایش دهید. این کار به چاپ دقیق‌تر لبه و افزایش استحکام آن کمک می‌کند.
• استفاده از فیلامت با قطر کمتر: استفاده از فیلامت با قطر کمتر، وضوح چاپ را افزایش می‌دهد و به شما امکان می‌دهد لبه‌های تیزتر را چاپ کنید.
• استفاده از نرم‌افزار: نرم‌افزارهای مختلفی برای صاف کردن لبه‌های تیز و بهبود کیفیت چاپ آنها وجود دارند.

• در تجربه متخصصان، ضخامت ایده‌آل برای لبه‌های تیز در FDM، 0.4 میلی‌متر یا بیشتر است.استفاده از فیلامت با قطر 0.15 میلی‌متر یا کمتر، می‌تواند به چاپ لبه‌های تیزتر و دقیق‌تر کمک کند.نرم‌افزارهای مختلفی برای صاف کردن لبه‌های تیز وجود دارند، اما انتخاب بهترین نرم‌افزار به پیچیدگی مدل و نیازهای شما بستگی دارد.

در نظر داشته باشید که ضخیم‌تر کردن لبه‌ها ممکن است ظاهر و عملکرد قطعه را تغییر دهد.همیشه قبل از چاپ نهایی، نمونه اولیه را با ضخامت‌های مختلف لبه چاپ کنید تا بهترین نتیجه را برای مدل خود پیدا کنید. زاویه‌های تیز یا لبه‌های تیز ممکن است به محدودیت‌های وضوح FDM نزدیک شوند و منجر به ویژگی‌های فیزیکی غیرقابل‌پیش‌بینی شوند. یکی از راه‌های غلبه بر این مشکل ضخیم‌تر کردن کمی این ویژگی است.

نکته طراحی 9: پر شدگی یا اینفیل

پر شدن یا Infill به نحوه پر شدن فضای داخلی قطعات توپر در چاپ سه‌بعدی FDM یا مدل‌ سازی رسوب ذوب شده اشاره دارد. این فرآیند به استحکام، وزن و زمان چاپ قطعه نهایی تاثیر می‌گذارد.

انتخاب نوع پرشدگی مناسب به عوامل مختلفی از جمله استحکام مورد نیاز، وزن مجاز قطعه و زمان چاپ بستگی دارد. به‌طور کلی، پر شدن‌های متراکم و پیچیده مانند منحنی استحکام بیشتر، پر شدن‌های کم‌تراکم مانند شبکه‌ای وزن کمتر و پر شدن‌های ساده مانند شبکه‌ای زمان چاپ سریع‌تر دارند.

در نهایت، بهترین راه برای انتخاب نوع پرشدگی مناسب، آزمایش با پر شدن‌های مختلف و بررسی نتایج است.

سوالات متداول

خلاصه

FDM یک فناوری چاپ سه‌بعدی قدرتمند و انعطاف‌پذیر است که طیف وسیعی از کاربردها را پوشش می‌دهد. با در نظر گرفتن نکات طراحی و انتخاب مواد و تنظیمات مناسب، می‌توان قطعات باکیفیت و دقیقی با استفاده از FDM تولید کرد.در این مقاله 9 نکته طراحی قطعات FDM را مطرح کردیم.این مقاله برای اولین بار در سایت بازارگاه ساخت و تولید ایران به آدرس Digimfg.ir منتشر شده است.

منابع

• xometry.com/resources/3d-printing/mini-guide-fdm-3d-printing

سلب مسئولیت

محتوای ارائه شده در این صفحه وب صرفا جنبه اطلاع رسانی دارد. DIGIMFG هیچگونه ضمانت یا مسئولیتی، چه به صورت صریح یا ضمنی، در خصوص صحت، کامل بودن یا اعتبار اطلاعات بر عهده نمی گیرد. پارامترهای عملکرد، تلرانس های هندسی، ویژگی‌های طراحی خاص، کیفیت یا نوع مواد، یا فرایندها را نباید نمایانگر آنچه توسط تأمین کنندگان یا تولیدکنندگان شخص ثالث در شبکه DIGIMFG ارائه می‌شود، دانست. خریدارانی که به دنبال دریافت قیمت هستند موظفند تا الزامات فنی ویژه موردنیاز برای قطعات را تعریف کنند. برای کسب اطلاعات بیشتر، لطفاً به شرایط و ضوابط ما مراجعه کنید.