چاپ سه بعدی FFF در برابر چاپ سه بعدی FDM

آخرین به روزرسانی

مقدمه

چاپ سه بعدی FDM (مدل سازی ذوب رسوبی) و چاپ سه بعدی FFF (ساخت با رشته ذوب شده) روش های رایج نمونه سازی اولیه ای هستند که یک رشته پلیمری را ذوب کرده و از طریق یک نازل گرم شده رسوب می دهند تا یک شیء سه بعدی بسازند. شرکت Stratasys Inc صاحب حقوق علامت تجاری عبارت مدل سازی ذوب رسوبی(FDM) است. بازار گسترده تر به این فرآیند پایه به عنوان ساخت با رشته ذوب شده (FFF) اشاره می کند. با این حال، تفاوت هایی بین FDM و FFF عمومیِ رایج وجود دارد.

FDM مدل هایی با کیفیت بالاتر (و گران تر) تولید می کند که انتظارات سازندگان حرفه ای را بهتر برآورده می کند. قطعات FDM به طور کلی بسیار قوی تر از چاپ سه بعدی FFF هستند. این قطعات دارای سطوح صاف تری با شواهد کمتری از فرآیند لایه بندی هستند. تجهیزات و قطعات داخلی FDM گران تر هستند در نتیجه چاپ های به مراتب بهتری تولید می کنند.

با این حال، دستگاه های چاپ سه بعدی FFF گزینه های خوبی برای استفاده در خانه هستند. آنها قطعاتی می سازند که برای کاربران با نیازهای کمتر فنی مناسب هستند. این مقاله FDM در مقابل چاپ سه بعدی FFF را به دقت مقایسه می‌کند، مزایا و معایب آنها را بررسی می‌کند و همچنین برخی از فناوری‌های جایگزین را فهرست می‌کند.

تعریف چاپ سه بعدی FDM و مقایسه با چاپ سه بعدی FFF

FDM اولین بار توسط S. Scott Crump توسعه داده شد و در سال 1989 توسط Stratasys به ثبت رسید. این روش یکی از اولین فرآیندهای چاپ سه بعدی بود. FDM از مواد و افزودنی های رایج در تولید برای ساخت مدل های دقیق استفاده می کند. اکثر تولیدکنندگان حرفه ای به دلیل کیفیت تولیدی آن، FDM را به چاپ سه بعدی FFF ترجیح می دهند. احتمال بیشتری وجود دارد که مدل های FDM از قطعات چاپ سه بعدی FFF در برابر تقاضاهای سختگیرانه مقاومت کنند.

FDM از یک مکانیسم انتقال X-Y برای حرکت دادن یک هد چاپ حاوی اکسترودر با دمای کنترل شده استفاده می کند. هد دستگاه روی میزی که خود روی محور Z (عمودی) حرکت می کند، حرکت رفت و برگشتی دارد. اکسترودر یک رشته پلیمری نیمه ذوب شده را با الگوی سطح مقطع دوبعدی قطعه آزاد می کند. هر “برش” مقطعی به قطعه زیر اعمال می شود. این قطعه از رشته های به هم پیوسته رشته پلیمری تغذیه ساخته می شود.

جدای از ماشین آلات پیشرفته، یکی دیگر از تفاوت های FDM در برابر چاپ سه بعدی FFF، محفظه گرم شده آن است. محیط چاپ تا دمای نزدیک به دمای انتقال شیشه‌ای پلیمر گرم نگه داشته می‌شود تا تنش‌های داخلی ایجاد شده در قطعه در طول چاپ (استرس ساخت) کاهش یابد. این منجر به دقت بهتر و مدل های کمتر تاب خورده نسبت به چاپ سه بعدی FFF می شود. تجهیزات چاپ سه بعدی FDM نسبت به چاپ سه بعدیFFF برای محیط اداری مناسب تر هستند زیرا بخارات آن مهار می شود و دستگاه نیاز به تعمیر و نگهداری کمتری دارد.

حداقل ضخامت دیواره نیز چاپ سه بعدی FDM را از چاپ سه بعدیFFF متمایز می کند. سیستم های FFF اغلب از رشته های بزرگتر استفاده می کنند، بنابراین وضوح x-y کمتری دارند. به عنوان یک قاعده کلی، حداقل ضخامت دیواره کاربردی سه برابر قطر رشته است، بنابراین چاپ سه بعدی FFF برای پایدار کردن ساختارهای خود به دیوارهای ضخیم تری نیاز دارد.

مزایای چاپ سه بعدی FDM در مقایسه با چاپ سه بعدی FFF چیست؟

موارد زیر خلاصه ای از مزایای FDM نسبت به FFF است:

1. FDM قطعات محکم تری ایجاد می کند زیرا لایه ها بیشتر با هم ترکیب شده و متخلخل کمتری دارند.
2. به دلیل وضوح بالاتر و جوش خوردن بهتر ، FDM قطعات صاف تر و زیباتری از نظر زیبایی ایجاد می کند.
3. چاپگرهای FDM به طور متوسط حجم ساخت بزرگتری نسبت به FFF دارند، بنابراین می توانند قطعات بزرگتری بسازند.
4. هدهای چاپ FDM سریعتر حرکت می کنند بنابراین قطعات سریعتر تکمیل می شوند.
5. سیستم های FDM دارای محفظه های ساخت گرم شده هستند که تاب خوردگی را کاهش می دهد.
6. FDM می تواند طیف وسیع تری از مواد را نسبت به چاپ سه بعدی FFF بپذیرد.

معایب FDM در مقایسه با چاپ سه بعدی FFF چیست؟

در ادامه معایب FDM در مقایسه با FFF آورده شده است:

1. تقاضای انرژی در حالت کار و آماده به کار برای FDM به طور قابل توجهی بالاتر از چاپ سه بعدی FFF است.
2. عملیات FDM گرید صنعتی برای راه اندازی و کارکرد پیچیده تر از چاپ سه بعدی FFF است.

تعریف چاپ سه بعدی FFF و مقایسه با FDM

چاپ سه بعدیFFF در سال 2009 زمانی که حق اختراع Stratasys منقضی شد، سرچشمه گرفت. Rep-Rap اولین شرکتی بود که از در دسترس بودن این فناوری سرمایه گذاری کرد. آنها چاپ سه بعدی خانگی را با ماشین های ارزان قیمتی که استفاده از آنها آسان بود، رایج کردند. از آن زمان به بعد دامنه دستگاه های FFF گسترش یافته است. از نظر عملیاتی، کار با ماشین های FFF ساده است، روی میز قرار می گیرند و هزینه های عملیاتی پایینی دارند.

FFF از همان فرآیند FDM استفاده می کند. این روش شامل اعمال لایه هایی از رشته ها روی یک بستر چاپ مسطح با استفاده از یک نازل یا اکسترودر گرم شده است. تفاوت اصلی FFF و FDM عدم وجود محیط چاپ گرم شده است. محفظه گرم شده FDM به کنترل دمای قطعه کمک می کند و تنش های باقیمانده در محصول نهایی را کاهش می دهد. دمای کنترل نشده در دستگاه های FFF نتایج آنها را کمتر دقیق و احتمال تاب خوردن آنها را بیشتر می کند.

مزایای چاپ سه بعدی FFF در مقایسه با FDM چیست؟

در ادامه مزایای FFF نسبت به FDM بیان شده است:

1. دستگاه های FFF در مقایسه با FDM مقرون به صرفه تر هستند. چاپ سه بعدی FFF برای استفاده خانگی/سرگرمی قیمت گذاری شده است.
2. سیستم های چاپ سه بعدی FFF کوچکتر از سیستم های FDM هستند، بنابراین بهتر در خانه ها یا دفاتر کوچک جا می شوند.
3. چاپ سه بعدیFFF نسبت به FDM نیاز به برق کمتری دارد.

معایب چاپ سه بعدی FFF در مقایسه با FDM چیست؟

در ادامه لیستی از معایب FFF در مقایسه با FDM آورده شده است:

1. قطعات چاپ شده با FFF کیفیت پایین‌تری دارند. آنها متخلخل‌تر هستند، «پله‌های Z» (Z-steps) را نشان می‌دهند، و نمی‌توانند ویژگی‌های کوچک و دقیق داشته باشند.
2. قطعات چاپ شده FFF به ویژه در ساخت های بزرگتر، مستعد تحریف و تاب خوردن هستند.
3. دستگاه‌های FFF بخارهایی با بوی بد تولید می‌کنند در حالی که دستگاه‌های FDM چنین بخارهایی را در محفظه بسته نگه می‌دارند.

جدول مقایسه FDM و FFF

جدول زیر FDM و FFF را با هم مقایسه می کند:

ویژگی‌ها	FDM	FFF
استحکام بالای مدل	بله	خیر
رزولوشن بالاتر	بله	خیر
کاهش تنش های باقی مانده و تاب خوردگی	بله	خیر
هزینه عملیاتی کمتر	خیر	بله
مخارج سرمایه‌ای (CAPEX) بالا برای کاربران غیرحرفه‌ای	بله	خیر

مزایای مهم FDM نسبت به FFF عبارتند از: وضوح ساخت (مدل‌های زیباتر و دقیق‌تر)، و کاهش خطر اعوجاج و تخلخل که از یک محیط دمایی بی‌نظم ناشی می‌شود.

FDM در مقابل FFF: مقایسه فناوری

دستگاه های FDM به خوبی ساخته شده اند، بادوام و توانمند هستند و به تعمیر و نگهداری کمی نیاز دارند. از طرف دیگر، دستگاه‌های FFF از انواع پایه قاب باز تا دستگاه‌های حرفه‌ای که شبیه دستگاه‌های FDM «کوچک» به نظر می‌رسند، متغیر هستند. هر دو فناوری از ریل‌های X-Y-Z و استپ موتورهای مشابه استفاده می‌کنند. با این حال، استحکام عامل مهمی در وضوح/کیفیت مدل است. دستگاه های سنگین تر مدل های بهتری را چاپ می کنند زیرا از نظر مکانیکی و حرارتی پایدارتر هستند.

FDM در مقابل FFF: مقایسه مواد

دستگاه‌های FDM و FFF می‌توانند از طیف گسترده‌ای از مواد استفاده کنند، از جمله بسیاری از موادی که برای تولید انبوه مناسب هستند. با این حال، دستگاه‌های FDM کنترل بهتری بر دمای نازل دارند. آنها می‌توانند از پلیمرهای مهندسی با نقاط ذوب بالاتر استفاده کنند. آنها همچنین با مواد افزودنی در رشته سازگارتر هستند.

FDM در مقابل FFF: مقایسه کاربردهای محصول

چاپگرهای FFF مدل‌هایی با تخلخل، استحکام کم و وضوح پایین ایجاد می‌کند. این مدل‌ها برای ارزیابی شکل و احساس مناسب هستند اما برای قطعات عملیاتی یا ضد آب مناسب نیستند. از طرف دیگر، لایه‌های قطعات FDM کامل‌تر ذوب می‌شوند و از استحکام قطعات FFF فراتر می‌روند. این امر قطعات چاپ شده با FDM را برای مدل‌های مهندسی مناسب‌تر می‌کند.

چاپگرهای FDM همچنین طیف وسیع‌تری از خواص رشته یا فیلامنت از جمله دمای ذوب و مواد افزودنی را می‌پذیرند. اگر برای نمونه‌سازی استفاده شود، به این معنی است که مدل‌ها بیشتر شبیه محصولات نهایی خواهند بود. چاپگرهای FFF برای ساخت مدل‌های با ویژگی‌های ظریف مناسب نیستند. آنها به سادگی نمی‌توانند ویژگی‌های کوچک را تولید کنند.

FDM در مقابل FFF: مقایسه حجم چاپ

سیستم‌های FDM برای برآورده کردن استانداردهای حرفه‌ای طراحی شده‌اند. هزینه‌های بیشتر آنها به منظور جبران کیفیت بالاتر محصولاتشان است. این دستگاه‌ها با حجم‌هایی از (X-Y-Z)  305 x 305 x 254 میلی‌متر تا mm 914 x 914 x 609 ساخته می‌شوند. این در مقایسه با دستگاه‌های FFF معمولی است که بین 150 در 150 در 150 میلی‌متر و 600 در 600 در 600 میلی‌متر فضای ساخت دارند. اکثر دستگاه‌های FFF کوچک هستند اما هنوز در تولید مدل‌هایی با کیفیت یکسان در کل محدوده Z-axis مشکل دارند. چاپگرهای FFF دقت ابعادی نسبتاً ضعیفی دارند و قطعات آنها تمایل به تاب خوردن دارند.

FDM در مقابل FFF: مقایسه پرداخت سطحی

از بین این دو، قطعات FDM معمولاً با استفاده از مواد اولیه رشته‌ای نازک‌تر و گام‌های Z کوچکتر ساخته می‌شوند، بنابراین پرداخت سطحی آنها چشمگیرتر است. مواد FFF ضخیم‌تر هستند، بنابراین قطعات نهایی وضوح پایین‌تری دارند و لایه‌ها به خوبی ذوب نمی‌شوند.

FDM در مقابل FFF: مقایسه قیمت دستگاه

دستگاه‌های FDM به طور کلی برای بازار حرفه‌ای با قیمت‌هایی از حدود 2500 دلار تا 25000 دلار برای رده‌های صنعتی پیشرفته در نظر گرفته می‌شوند. این نشان‌دهنده کیفیت ساخت بالا، محورهای حرکت صلب و توانایی چاپ تمام روز بدون مشکل است. در حالی که دستگاه‌های FFF در حال ورود به کاربردهای حرفه‌ای هستند، اما بیشتر برای مصارف سبک، سرگرمی و خانگی استفاده می‌شوند. قیمت‌ها معمولاً از 500 دلار شروع می‌شود.

مقایسه هزینه کلی: FDM در مقابل FFF

مقایسه هزینه‌ها یکی از مهم‌ترین عوامل در انتخاب بین فناوری‌های چاپ سه‌بعدی FDM و FFF است. هر دو روش دارای هزینه‌های اولیه، عملیاتی و مواد مصرفی متفاوتی هستند که بر تصمیم‌گیری نهایی تأثیر می‌گذارند.

هزینه‌های اولیه

• هزینه دستگاه: چاپگرهای FDM معمولاً گران‌تر از چاپگرهای FFF هستند. این به دلیل کیفیت ساخت بالاتر، قطعات دقیق‌تر و قابلیت‌های بیشتر آن‌ها است.
• نرم‌افزار: نرم‌افزارهای برش و طراحی برای FDM ممکن است هزینه بیشتری داشته باشند، اما بسیاری از گزینه‌های رایگان و متن‌باز نیز در دسترس هستند.
• مواد مصرفی اولیه: هزینه مواد اولیه مانند فیلامنت‌ها، چسب و تمیزکننده‌ها نیز باید در نظر گرفته شود.

هزینه‌های عملیاتی

• هزینه انرژی: چاپگرهای FDM به دلیل گرمایش محفظه و نازل، مصرف انرژی بالاتری دارند.
• هزینه تعمیر و نگهداری: چاپگرهای FDM به دلیل پیچیدگی بیشتر، ممکن است به تعمیر و نگهداری بیشتری نیاز داشته باشند.
• هزینه نیروی کار: استفاده از چاپگرهای FDM ممکن است به دانش و مهارت بیشتری نیاز داشته باشد، که این امر می‌تواند بر هزینه‌های نیروی کار تأثیر بگذارد.

هزینه‌های مواد مصرفی

• فیلامنت: هزینه فیلامنت‌ها به نوع ماده، قطر و برند آن بستگی دارد. فیلامنت‌های مهندسی و تخصصی معمولاً گران‌تر هستند.
• چسب و تمیزکننده: برای چسباندن قطعات و تمیز کردن دستگاه نیز به مواد مصرفی نیاز است.

جدول مقایسه هزینه‌ها

عامل	FDM	FFF
هزینه دستگاه	بالا	پایین
هزینه نرم‌افزار	متغیر	متغیر
هزینه انرژی	بالا	پایین
هزینه تعمیر و نگهداری	متوسط تا بالا	پایین
هزینه نیروی کار	متوسط تا بالا	پایین
هزینه فیلامنت	متغیر	متغیر
هزینه مواد مصرفی دیگر	متوسط	پایین

نکات مهم:

• حجم تولید: برای تولید انبوه، هزینه‌های ثابت تقسیم بر تعداد قطعات می‌شود، بنابراین هزینه واحد هر قطعه کاهش می‌یابد.
• کیفیت قطعه: اگر به کیفیت بسیار بالا و دقت ابعادی نیاز دارید، FDM گزینه بهتری است، اما هزینه بیشتری نیز دارد.
• نوع ماده: انتخاب ماده مناسب می‌تواند هزینه‌ها را به طور قابل توجهی تغییر دهد.
• هزینه فرصت: هزینه فرصت را نیز باید در نظر بگیرید. مثلاً اگر بخواهید قطعات را از یک تولیدکننده خارجی خریداری کنید، هزینه‌های حمل و نقل و گمرک نیز به هزینه‌ها اضافه می‌شود.

نتیجه‌گیری:

انتخاب بین FDM و FFF بستگی به عوامل مختلفی از جمله بودجه، حجم تولید، کیفیت مورد نیاز و نوع کاربرد دارد. اگر بودجه محدودی دارید و به کیفیت بسیار بالا نیاز ندارید، چاپ سه بعدی FFF گزینه مناسبی است. اما اگر به کیفیت بالا، دقت ابعادی و قابلیت‌های بیشتر نیاز دارید، FDM گزینه بهتری است.

توصیه می‌شود قبل از تصمیم‌گیری، یک تحلیل هزینه-فایده دقیق انجام دهید و نیازهای خود را با دقت بررسی کنید. همچنین، می‌توانید با تولیدکنندگان چاپگرهای سه بعدی مشورت کنید تا راهنمایی‌های بیشتری دریافت کنید.

جایگزین‌های مشترک برای FDM و FFF کدامند؟

جایگزین‌های مشترک برای FDM و چاپ سه بعدی FFF در زیر فهرست شده‌اند:

1. SLS: SLS (Selective Laser Sintering) با ریختن لایه‌هایی از پودر پلیمری روی بستر/مدل کار می‌کند. سپس لیزر ذرات پودر را برای ذوب و اتصال آنها به هم ذوب می‌کند. مانند FDM و FFF، SLS قطعات را از ترموپلاستیک می‌سازد.
2. SLA: SLA (Stereolithography) از نور لیزر UV برای پخت مواد فتوپلیمر مایع استفاده می‌کند. این قطعه پلاستیکی را لایه به لایه مانند FDM و FFF می‌سازد اما این کار را با وارونه کردن قطعه انجام می‌دهد. مدل از مخزن فتوپلیمر مایع “بیرون می‌آید”.

شباهت‌های FDM و چاپ سه بعدی FFF چیست؟

شباهت‌های FDM و FFF در زیر فهرست شده‌اند:

• هر دو سیستم از مواد اولیه رشته‌ای یا فیلامنت استفاده می‌کنند که در نقطه کاربرد ذوب می‌شوند. نازل، قطعه خود را به صورت یک لایه دوبعدی در یک زمان می‌سازد.
• هر دو سیستم از مواد پلیمری مفید استفاده می‌کنند. با این حال، ماهیت فرآیند چاپ، استحکام نهایی قطعه را به 10 تا 40 درصد استحکام ذاتی مواد محدود می‌کند.
• هر دو سیستم تا حدی در بازتولید ویژگی‌های کوچک و اجزای عملکردی با مشکل مواجه هستند.

علاوه بر FFF، چه روشهای دیگری برای مقایسه با FDM وجود دارد؟

فناوری چاپ زیر شباهت‌هایی با FDM دارد:

• FDM در مقابل MJF: MJF (Multi Jet Fusion) یک فناوری چاپ سه‌بعدی بستر پودری است. این فناوری شبیه به FDM است زیرا هر دو قطعات پلاستیکی تولید می‌کنند. MJF و FDM برای تولید قطعات نهایی از گرما استفاده می‌کنند. گرما پلاستیک را به هم می‌چسباند.

علاوه بر FDM، چه روشهای دیگری برای مقایسه با چاپ سه بعدی FFF وجود دارد؟

سایر فناوری‌های قابل مقایسه با FFF عبارتند از:

• FFF در مقابل DLP: دستگاه‌های DLP (Digital Light Processing) به طور متوالی یک تصویر UV از هر برش دوبعدی را روی یک رزین فتوپلیمر تابش می‌کنند. سپس مناطقی از رزین تابیده شده که با یک سطح جامد در تماس هستند، پخت می‌شوند و به بخشی از ساختار جامد تبدیل می‌شوند. این تجهیزات ساده است و به استفاده در سرگرمی‌ها نزدیک می‌شود، اگرچه فرآیند (از جمله پخت ثانویه) می‌تواند کاملاً نامرتب باشد.
• FFF در مقابل CLIP: CLIP (Continuous Liquid Interface Production) قطعات ساده‌ای را با استفاده از تجهیزاتی ارزان قیمت مانند FFF تولید می‌کند. با این حال، مانند DLP، سیستم‌های CLIP برای تکمیل مدل‌ها به یک مرحله پخت ثانویه نیاز دارند.

سوالات متداول

خلاصه

این مقاله تفاوت‌های بین فناوری‌های چاپ سه‌بعدی FDM و FFF را خلاصه کرد.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/fdm-vs-fff-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.