Экструзия — это термин, используемый для обозначения процесса создания объектов с фиксированным профилем поперечного сечения. В контексте 3D-печати термин «экструзия» имеет более конкретное значение и относится к участию «горячего края» и «холодного края» в этом процессе. Экструзия материалов является наиболее часто используемым процессом 3D-печати.
«Моделирование методом наплавления» или «FDM»- самый популярный процесс экструзии материалов, не считая его открытого аналога Fused Filament Fabrication (FFF), который отличается только тем, что не имеет юридических ограничений.
Основные области применения
Какие материалы используют
В FDM модели строятся с использованием различных типов термопластов и одновременно создаются их опорные конструкции. Опорные структуры необходимы для поддержания модели в фиксированной позиции во время процесса.
Чаще всего «материал для изготовления» представляет собой термопластик:
- акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS),
- поликарбонат (PC),
- нейлон
- или биопластик полимолочная кислота (PLA).
Независимо от используемого материала, он обычно подается в печатающую головку в виде твердой тонкой нити или «филамента», который затем нагревается до расплавленного состояния.
Кто и когда придумал метод экструзии
Экструзия материала в настоящее время является наиболее распространенным процессом 3D-печати. Технология была изобретена Скоттом Крампом в 1988 году, который создал компанию Stratasys для продажи своего изобретения. Крамп назвал технологию «моделирование методом наплавления» или «FDM», запатентовал и защитил товарным знаком эти термины.
Хотя многие люди используют фразу «FDM» для обозначения такого вида 3D-печати, только компания Stratasys действительно производит 3D-принтеры FDM. Другие производители называют этот процесс «экструзией термопластика», «струйной печатью пластиком» (PJP), «методом плавленой нити» (FFM) или «изготовлением плавленой нити» (FFF).
Как происходит процесс
Являясь экструзионным процессом, FDM включает в себя горячую и холодную части. Горячий участок представляет собой экструзионную головку, в которую подается материал для изготовления путем разматывания пластиковой нити или металлической проволоки с катушки. Проволока или нить подается к соплу головки с помощью червячного привода с контролируемой скоростью. Когда нить или проволока попадает в экструзионное сопло, она нагревается выше температуры стеклообразования и расплавляется.
Когда расплавленная нить или проволока выходит из экструзионного сопла либо под воздействием воздуха, либо в камере инертного газа, она немедленно застывает на поверхности основания или на предыдущем слое. Использование камер с инертным газом получило большое распространение, так как это улучшает сцепление слоев за счет предотвращения окисления и улучшает механические характеристики создаваемого изделия.
Экструзионное сопло является горизонтально и/или вертикально подвижным, в то время как базовая платформа может перемещаться вдоль оставшейся третьей плоскости. Вертикальное и/или горизонтальное перемещение сопла управляется числовым механизмом, а его перемещение вдоль третьей плоскости определяется траекторией движения инструмента в соответствии с программным обеспечением автоматизированного производства (CAM). Сопло движется снизу вверх, завершая нанесение каждого слоя один за другим, или остается неподвижным относительно подвижной платформы. В результате движение сопла становится прямолинейным в плоскости XYZ, которое осуществляется с помощью шаговых двигателей.
Стоимость и примеры
3D-принтеры для экструзии бытовых материалов сегодня можно приобрести за несколько сотен долларов. С другой стороны, промышленные машины высокого класса — такие как Stratasys 900mc 3D Production System — стоят сотни тысяч долларов и могут производить готовые объекты с качеством, сравнимым с качеством деталей, отлитых под давлением. В настоящее время также существует несколько очень больших 3D-принтеров, экструдирующих термопласты, например, Big Rep ONE и Big Area Additive Manufacturing Machine (BAAM) от Cincinati Incorporated. Последняя достаточно мощная, чтобы изготовить шасси и кузов полноразмерного автомобиля.
Что можно печатать методом экструзии
В дополнение к чистым термопластикам появляется все большее количество термопластичных композитов, которые можно печатать в 3D, включая термопластики, смешанные с металлами, углеродным волокном и углеродными нанотрубками. Как показано ниже, можно также выдавливать из материала бетон, глину и многие виды пищевых продуктов.
