FDM - (ang. fused deposition model ing) – to w wolnym tłumaczeniu modelowanie za pomocą topionego materiału. Technologia ta przypomina nakładanie kremu na tort z tym, że zamiast wyciskarki mamy głowice z dyszami. Głowice poruszają się w osiach X i Y, a zamiast tortu stół roboczy poruszający się w osi Z, natomiast zamiast kremu termoplasty (filament) na bazie ABS’u lub PC(poliwęglan).

fdmopis

Historia

Projekt zabawki i narodziny Stratasys

Technologia FDM została wynaleziona przez S. Scotta Crumpa.

W 1988 postanowił on zrobić zabawkowy model żaby na zaliczenie w szkole dla swojej córki. Wykorzystał do tego pistolet do kleju załadowany mieszanką polietylenu i wosku. Model miał powstawać, poprzez nakładanie materiału warstwa po warstwie. Dzięki temu projektowi S. Scott Crump pomyślał o zautomatyzowanym procesie wykorzystującym oprogramowanie CAD/CAM i zasadę działania frezarek CNC. Materiałem budulcowym został ABS, który w tym czasie robił furorę na rynku tworzyw inżynierskich. W 1989 roku opatentował technologię Fused Deposition Modeling (FDM). W międzyczasie po naciskach żony w 1988 roku założył z nią firmę Stratasys. W 1992 roku firma wypuściła na rynek swój pierwszy komercyjny produkt – 3D Modeler. Dwa lata później firma weszła na giełdę zbierając na dalszy rozwój ponad $5,7 mln.

IBM depcze po piętach...

Kilka miesięcy później okazało się, że IBM opracowywał bardzo podobną technologię, ale wiedząc, że pójście do sądu o naruszenie praw patentowych będzie czasochłonne i bezproduktywne, Stratasys w zamian postanowiło wejść we współpracę z IBM. Dzięki tej współpracy na rynek wypuszczono serię produktów nazwanych Genisys, które jako pierwsze kosztowały poniżej $100.000 ($50.000).

Genisys XS - www.ushop.kz

W 1998 roku firma wymyśliła technologię rozpuszczalnego materiału podporowego, który rozpuszczał się w roztworze na bazie wody. 3 lata później Stratasys, wraz z maszyną Titan, zaprezentowała całą gamę materiałów budulcowych od ABS przez Poliwęglan(PC) po Polifynelosulfan (Polisulfan Fenylu), dzięki czemu modele miały znacznie więcej możliwości zastosowania. W 2002 roku firma wypuściła nową linię tanich maszyn FDM o nazwie Dimension oraz µPrint, które rozwijane są do teraz. Poza tymi seriami firma posiada w ofercie również małą drukarkę Mojo przeznaczoną do małych firm i studiów projektowych oraz duże centra drukujące tj. serię Fortus, której pole robocze to nawet 914x610x914mm.

Stratasys Fortus 900mc - www.ccadet.unam.mx

Początek współpracy z Objet Geometries Ltd. ...

Chociaż firma oferowała tylko 1 typ technologii przyrostowej to nie przeszkodziło jej w 2012 roku sprzedać najwięcej maszyn na całym rynku druku 3D.

W roku 2013 Stratasys połączyła się z izraelska firmą Objet Geometries Ltd, które oferuje drukarki w technologii PolyJet, dzięki czemu firma może nadal bez obaw konkurować z 3D Systems wykupującą systematycznie inne technologie i rozwijającą się naprawdę szybko.

A co z patentami...? Czyli skąd się wziął RepRap??

Bardzo ważnym wydarzeniem w historii druku 3D i FDM było uwolnienie patentów na podstawowe mechanizmy i zasadę działania maszyn firmy Stratasys. Dzięki temu pojawiło się na świecie mnóstwo projektów typu Open Source, zapoczątkowanych przez Dr. Adriana Bowyera, wykładowcę na Uniwersytecie w Bath w Wielkiej Brytanii.

RepRap 1.0 "Darwin" - pierwsza drukarka FDM stworzona przez Dr. Adriana Bowyera - www.wikipedia.pl

Ideą jego projektu, nazwanego Rep-Rap, było to by maszyny mogły same się wytwarzać - replikować (jedna drukarka drukuje części do następnej, ta do kolejnej i tak dalej i tak dalej.). Wyniki projektu były publikowane na licencji GNU, co oznacza, że są dostępne za darmo i każdy może zmodyfikować sobie je do własnych celów. Z tego ruchu powstało wiele firm oferujących drukarki domowe, biurowe i eksperymentalne w rozsądnych cenach takie jak MakerBot, Ultimaker, Up3D, Zortrax, itp. W związku z zastrzeżoną nazwą FDM drukarki Rep-Rap posiadają nazwę FFF (ang. fused filament fabrication).

Drugim następstwem uwolnionych patentów było pojawienie się na rynku firm chińskich oferujących maszyny w technologii FDM takich jak TierTime. Oczywiście tak jak w przypadku maszyn typu Rep-Rap, tutaj także zmieniono nazwę technologii, z tym, że na MEM (ang. Melting and extrusion modeling). Firmy chińskie stanowią realne zagrożenie dla Stratasys.

Maszyny chińskiego producenta jakością i wyposażeniem nie odbiegają już właściwie od amerykańskiego producenta, a cena jest dużo niższa. Jedynymi różnicami wg mnie w tej chwili są: liczba i jakość materiałów (zarówno budulcowych jak i podporowych) oraz oprogramowanie do cięcia na warstwy i do prowadzenia ścieżek, gdzie zauważalnie Stratasys ma przewagę osiągniętą latami doświadczeń.

Drukarka A450 frimy TierTime - www.tiertime.com

Zasada działania i budowa

Budowa maszyn w technologii FDM jest stosunkowo prosta. Podstawowymi elementami jakie możemy wymienić są: rama, głowica, stół roboczy, obudowa.

fdmopis

www.custompartnet.com

Możemy wyróżnić 3 podstawowe sposoby poruszania się osi X,Y, Z w maszynach:

  1. Głowica porusza w osiach X i Y, a stół roboczy porusza się w osi Z Jest to najpopularniejszy sposób budowy drukarek zarówno tych tańszych - domowych jak i tych profesjonalnych do biura czy nawet centrów produkcyjnych. Są to najbardziej stabilne konstrukcje.

www.makerbot.com

  1. Głowica porusza się w osi X, a stół roboczy porusza się w osiach Y i Z. Często stosowany w tańszych drukarkach domowych. Jest to tańsze rozwiązanie niż powyższe, ale drukarka jest wystarczająco stabilna.

Up! Plus 2 http://www.up3d.pl/

  1. Głowica porusza się we wszystkich 3 osiach (tzw. Drukarki w układzie delta) Jest to nowy trend w drukarkach 3D. Profesjonalnie wykonane konstrukcje tego typu są dość drogie, ale stabilne i przede wszystkim szybkie.

DeltaMaker http://www.adafruit.com

Jak to działa?

Na 1 przykładzie (m.in Makerbot) opiszę zasadę działania drukarek FDM.

1) Tworzywo w formie drutu najczęściej o średnicy 1,75mm lub 3 mm jest sprzedawane w szpulach. Jednak są wyjątki, czego przykładem jest firma Fabbster, która wypuściła maszynę, gdzie materiał podawany jest w paskach zazębiających się ze sobą.

Tradycyjna szpula z materiałem - argylematerials.com

Fabbstersticks

Materiał w formie pasków w drukarce Fabbster - www.fabbster.com

2) Natępnie materiał ze szpuli odwijany jest i podawany do głowicy.

3) W głowicy, rolki prowadzące (rozwiązań podawania materiału w głowicy jest bardzo dużo)poprzez tuleje stabilizująco-podgrzewające podają materiał do dysz. W zależności od materiału tuleje grzeją określoną temperaturą by materiał był prawie płynny (np. dla ABS’u jest to około 230ºC).

3) Pomiędzy rolkami prowadzącymi, a tulejami stabilizująco-podgrzewającymi materiał jest chłodzony powietrzem i osiąga maksymalnie temperaturę 100stC. Dysza zwęża włókno materiału do średnicy 0,1 mm ( w przemysłowych maszynach Stratasys dla każdego materiału i różnych średnic mamy różne dysze wymienialne po upływie określonego czasu).

4) Ciśnienie zmusza materiał do wypłynięcia z głowicy, a dysza dodatkowo dociska go do poprzedniej warstwy (lub do stolika - na początku drukowania), dzięki czemu materiał w przekroju tworzy elipsę i lepiej przylega do podłoża. W międzyczasie głowica przyspiesza i zwalnia dostosowując wypływ materiału do swojej prędkości.

5) Po wykonaniu jednej warstwy stół obniża się w osi Z i cała operacja jest powtarzana dla nowej warstwy, aż do uzyskania 100% danego modelu.

W profesjonalnych drukarkach firmy Stratasys nie zużyty materiał pozostawiony w dyszach jest usuwany, żeby model nie posiadał słabszych struktur (ze względu na degradację materiału w wysokiej temperaturze, gdyby pozostał w dyszy). W nowszych maszynach MakerBot Replicator 2x również wprowadzane jest podobne rozwiązanie.

By materiał nie ulegał deformacji podczas zastygania (by nie doznał szoku termicznego), tańsze maszyny wyposażone są w podgrzewany stół roboczy (co wspomaga proces zastygania tylko w początkowej fazie), droższe wyposażone są w podgrzewaną cała komorę roboczą. Dzięki takiemu rozwiązaniu modele zachowują się bardziej jednorodnie i kurczą się w dużo mniejszym stopniu (zjawisko kurczliwości temperaturowej tworzyw sztucznych). Temperatura w komorze wynosi od 30st C do 130st C w zależności od używanego materiału. Najtańsze drukarki nie posiadają nawet podgrzewanego stolika. Najdroższe drukarki Stratasys dodatkowo mają nagrzewnicę, a materiały ze szpuli prowadzone są wentylowanymi kanałami, w których utrzymywana jest stała temperatura, a powietrze ma niską wilgotność. Tworzy się jakby taki mikroklimat odpowiedni dla prawidłowego zachowania danego materiału.

Dodatkowo materiały przechowywane są w hermetycznie zamkniętych pojemnikach. Wszystko po to byy materiał nie chłonął wilgoci w formie nieprzetworzonej (wilgoć bardzo źle wpływa na jakość wydruków).

Materiały:

PLA - Polilaktyd (ang.polylactic acid, polylactide) - kwas mlekowy - Jest on w pełni biodegradowalny. Otrzymuje się z odnawialnych surowcównaturalnych takich jak np: mączka kukurydziana. Jest to podstawowy materiał w tanich drukarkach FDM.

ABS - (akrylonitryl-butadien-styren) – Jest to wytrzymały materiał o o bardzo rożnorodnych zastosowaniach np. klocki LEGO.

Materiał wykorzystywany we wszystkich profesjonalnych drukarkach FDM oraz w tylko niektórych drukarkach mniejszychbiurowych/ domowych, ze względu na konieczność podgrzewania stolika lub komory roboczej.

Ciekawe!Firma Stratasys dzięki odpowiednim dodatkom proponuje jego odmiany również w medycynie (materiał biozgodny) oraz materiał pochłaniający ładunki elektrostatyczne do współpracy z układami elektronicznymi.

PC – poliwęglan (ang. polycarbonate)

PC-ABS – kompozyt poliwęglanu z ABS

PPSF – (ang. polyphynelosulfone)

ULTEM

Zalety technologii FDM

-niski koszt maszyn i materiałów,

-wysoka wytrzymałość mechaniczna i termiczna (w przypadku niektórych materiałów jak ULTEM czy PPSF również chemiczna),

-duża różnorodność materiałów inżynierskich, podczas procesu nie wytwarzają się żadne szkodliwe substancje oraz opary toksyczne,

-możliwość drukowania mechanizmów, co pozwala na testowanie funkcjonalności prototypu

-możliwość produkcji modeli o określonej porowatości

-technologia przewidziana do biura,

Wady:

-długi czas druku,

-średnia dokładność uzyskanych prototypów (minimalna grubośćwarstwy to 0,1 mm)

-powierzchnia bardziej chropowata niż w innych technologiach (można zminimalizować, ale jakość wydłuża czas wydruku)

-konieczność usuwania podpór (możliwośc stosowania materiału podporowego rozpuszczalnego w roztworze wodnym),

-wysoka grubość ścianek (tworzenie bardzo cieniutkich elementów jest problematyczne, a nawet zęsto niemożliwe),

-trudność wykonywania małych i złożonych szczegółów co związane jest z kształtem włókna,

-niejednorodność właściwości mechanicznych detalu w zależności od geometrii modelu i stawienia modelu w przestrzeni roboczej (modele najsłabsze są w osi Z)

Do czego można stosować?

-Do testowania form/pasowań.

-Rapid tooling

-mało skomplikowane modele, wytrzymałe modele funkcjonalne,

-w medycynie i przemyśle spożywczym,

-do elektroniki (np. obudowy),

-nietypowe i skomplikowane narzędzia i oprzyrządowanie,

-sztuka

Producenci drukarek w technologii FDM:

Polscy : Zortrax, Omni3D, Z Morph, Monkeyfab i inne

Międzynarodowi:

Stratasys – www.stratasys.com

TierTime – www.tiertime.com

MakerBot – www.makerbot.com

Ultimaker – www.ultimaker.com

3D Systems – www.3dsystems.com

Rep-Rap – www.reprap.org

Up! 3D

Dystrybutorzy w polsce:

www.prosolutions.com.pl - Stratasys

www.solveere.pl - TierTime

www.cadmech.pl , www.3d-lab.pl- 3D Systems

www.makerbotdealer.pl - MakerBot

Wydarzenia

19.03.2016 | Szkolenie: Podstawy druku 3D i projektowania 3D

20.03.2016 | Szkolenie: Zaawansowane modelowanie w programie CAD

20.03.2016 | Szkolenie: Zaawansowane szkolenie z druku 3D

Napisz do nas

Strona wykorzystuje pliki cookies

Używamy informacji zapisanych za pomocą plików cookies w celu zapewnienia maksymalnej wygody w korzystaniu z naszego serwisu. Jeżeli wyrażasz zgodę kliknij na „Zrozumiałem”. Jeśli nie wyrażasz zgody, ustawienia dot. plików cookies możesz zmienić w swojej przeglądarce. Czytaj więcej…

Zrozumiałem

Czym są pliki cookies?

W witrynach internetowych stosowane są zaawansowane i użyteczne techniki, dzięki którym obsługa stron jest łatwiejsza, a ich zawartość — interesująca dla użytkowników. Jedną z bardziej rozpowszechnionych technik są pliki cookie. Mogą one być stosowane przez właściciela witryny lub inne firmy — na przykład przez reklamodawców czy firmy analityczne gromadzące dane ze statystyk — które komunikują się za pośrednictwem odwiedzanej witryny.
Pliki cookies potocznie w języku polskim zwane są ciasteczkami.

Do czego używamy plików cookies?

Pliki cookies używane są w celach sesyjnych: umożliwiają informowanie gdy użytkownik jest zalogowany, dzięki czemu witryna może pokazywać odpowiednie informacje i funkcje, jak również w celach dostosowania zawartości stron internetowych do preferencji użytkownika oraz optymalizacji korzystania ze stron internetowych. Prócz tego pliki cookies używane są w celu tworzenia anonimowych statystyk, które pomagają zrozumieć w jaki sposób użytkownik korzysta ze stron internetowych, co umożliwia ulepszanie ich struktury i zawartości.
Pliki „cookies” nie służą nam do identyfikacji personalnej użytkownika.

Usuwanie plików cookies

Standardowo oprogramowanie służące do przeglądania stron internetowych (przeglądarki internetowej) domyślnie dopuszcza umieszczanie plików cookies na urządzeniu końcowym (komputer, tablet). Ustawienia te mogą zostać zmienione w taki sposób, aby blokować automatyczną obsługę plików cookies w ustawieniach przeglądarki internetowej bądź informować o ich każdorazowym przesłaniu na urządzenie użytkownika.
Szczegółowe informacje o możliwości i sposobach obsługi plików cookies dostępne są w ustawieniach danego oprogramowania.
Ograniczenie stosowania plików cookies może wpłynąć na niektóre funkcjonalności dostępne na stronie internetowej (brak możliwości logowania oraz zapamiętywania ustawień użytkownika).

Więcej informacji dotyczących blokowania "ciasteczek" można znaleźć na tych stronach: Wikipedia oraz Google