Общая информация
Технология FFF и FGF основаны на формировании изделия путем выдавливания полимеров через нагреваемый экструдер. Принципиальное отличие рассматриваемых технологий состоит в типе используемого сырья и конструкции экструдера: для FFF/FDM используется пластиковая нить (филамент), для FGF – гранулы (пеллеты). Также, FGF отличается более высокой скоростью и меньшей точностью формирования при использовании сопел с большим диаметром, более дешевым сырьем, увеличенными габаритами области 3D-печати.
Общая схема процесса (на примере FFF/FDM) и вид установки представлены на изображении выше. Филамент или филаменты (2, 3) поступают в подвижный экструдер (4), после чего расплавляются, выдавливаются и формируют деталь (5), специальные поддерживающие структуры (6) на платформе построения (7). Поддерживающие структуры необходимы для качественной и стабильной 3D-печати нависающих поверхностей.
По конструкции FFF 3D-принтеров можно выделить решения начального уровня с открытой камерой, и профессиональные, с закрытой, подогреваемой камерой, подогреваемой платформой и высокотемпературным экструдером. Диаметр сопла экструдера (от 1 мм до 0.2 мм) и толщина слоя (от 0.5 мм до 0.05 мм) определяют точность геометрических размеров, качество поверхности и скорость построения детали. Также, на скорость 3D-печати и прочность конечных деталей влияет плотность внутреннего заполнения, количество линий/толщина контура.
Максимальные габариты деталей (FFF) – до 1 000 мм, толщина слоя от 50 до 500 мкм. По завершении процесса 3D-печати, поддержки удаляются механически или растворяются в теплой воде или Д-лимонене.
Доступные материалы 3D-печати
- Стандартные (PLA, ABS, PETG, TPU, ASA, POM);
- Растворяемые (HIPS, PVA);
- Инженерные (PP, PC, Nylon, Wax);
- Высокотемпературные (PEI, PEKK, PEEK);
- Металлонаполненные (17-4PH, 316L, IN625, Cu).
Инженерные и высокотемпературные полимеры расплавляются при более высоких температурах (более 280 градусов Цельсия), а 3D-печать из этих материалов возможна только на профессиональных 3D-принтерах. Металлонаполненные филаменты состоят из металлического порошка в полимерном связующем. По завершении 3D-печати получается, так называемая, «зеленая» заготовка, которая в последующем проходит этапы выжигания связующего и спекания. Конечная металлическая деталь в результате спекания усаживается/уменьшается на 15% - 25%.
Список полимерных материалов для технологии FFF и FGF .
Практическое применение
Благодаря простому физическому принципу FFF/FGF, а также дешевому сырью, данная технология 3D-печати отличается среди всех классов низкой стоимостью производимых деталей. Большое количество доступных полимеров открывает множество вариантов практического применения, среди которых можно выделить прототипирование и производство слабонагруженных деталей, изготовление технологической оснастки и производственных шаблонов.
Для прототипирования и производства неответственных деталей или макетов используются стандартные полимеры (PLA, ABS, PETG, TPU, ASA, POM). В зависимости от требуемой жесткости, прочности и стойкости к внешним, агрессивным средам подбирается оптимальный тип филамента. ABS достаточно пластичный для его последующей обработки поверхности или фрезерования, ASA устойчив к ультрафиолету, TPU обладает высокой гибкостью и удлинением при разрыве. На изображении выше представлено использование FFF технологии для производства прототипов аккумуляторной дрели, кронштейна для камеры, оправы очков.
Для производства ответственных изделий используют инженерные или высокотемпературные полимеры, которые отличаются высокой прочностью, огнестойкостью, биосовместимостью. Типовые детали – кронштейны, корпуса, воздуховоды, медицинские инструменты и имплантаты.
Еще одна область применения FFF – изготовление технологической оснастки и производственных шаблонов. Различные полимеры с низкой зольностью используются в качестве выплавляемых или газифицируемых моделей в литейном производстве, а производственные шаблоны упрощают и ускоряют процессы контроля, сборки, выкладки, сверления и других технологических операций.
Области применения технологии FGF совпадают с технологией FFF, однако получаемые заготовки могут обладать высокой волнистостью и низкой точностью. Поэтому, в ряде случаев, произведенную по FGF заготовку дорабатывают методам механической обработки. Это позволяет создавать крупногабаритные (более 1 метра) детали или технологическую оснастку быстрее, по сравнению с традиционными методами или технологией FFF.
Для изготовления деталей с высокими требованиями к точности и шероховатости поверхности может быть целесообразнее использовать технологии 3D-печати SLA (стереолитография) и MJ (струйное нанесение материала) , а для деталей со сложной геометрией, большим количеством нависающих поверхностей, высокими требованиями к прочности и однородности материала – SLS (лазерное спекание полимеров) .
В завершение предлагаем ознакомиться с каталогом аддитивных установок FFF и FGF компании ИННФОКУС.
Список сокращений
- FFF (Fused Filament Fabrication) / FDM (Fused Deposition Modeling) – Построение послойным наплавлением нити/филамента
- FGF (Fused Granulate Fabrication) / Pellet Extrusion Printing / Fused Pellet Fabrication – Построение послойным наплавлением гранул
При подготовке статьи использовались открытые маркетинговые и технические материалы компаний F2 Innovations, 3DHubs, Protolabs, Stratasys, Ultimaker, Polymaker, Titan Robotics.