Produkcja obiektów laminowanych (LOM) w porównaniu z modelowaniem osadów stopionych (FDM): kompleksowe porównanie

Zasady procesów

LOM (Laminated Object Manufacturing - Produkcja Laminowanych Obiektów)

LOM to proces wytwarzania addytywnego, który wykorzystuje warstwy materiałów arkuszowych pokrytych klejem (takich jak papier, plastik, folia metalowa lub taśma ceramiczna) do budowy obiektów 3D. Laser lub ostrze tnie każdą warstwę zgodnie z cyfrowym przekrojem poprzecznym, zanim nowa warstwa zostanie nałożona na wierzch. Proces obejmuje:

Nakładanie warstw: Odwijanie materiału z rolki zasilającej i łączenie go ze stosiem za pomocą podgrzewanego wałka, który aktywuje klej.

Cięcie przekroju poprzecznego: Użycie lasera lub ostrza do wycięcia obrysu warstwy i wycięcia nadmiaru materiału w celu usunięcia.

Obniżanie stosu i powtarzanie, aż część zostanie ukończona.

Obróbka końcowa: Usunięcie nadmiaru materiału w celu odsłonięcia ostatecznego obiektu.

FDM (Fused Deposition Modeling - Modelowanie Topionej Depozycji)

FDM to proces addytywny oparty na ekstruzji, w którym termoplastyczne filamenty są podgrzewane do stanu półpłynnego i nakładane warstwa po warstwie. Proces obejmuje:

Podawanie materiału: Szpula z filamentem podawana przez podgrzewaną dyszę.

Ruch dyszy: Dysza porusza się poziomo, nakładając materiał wzdłuż wyznaczonej ścieżki.

Chłodzenie warstwy: Nałożony materiał szybko stygnie i zestala się.

Struktury podporowe: Wymagane dla nawisów, często z użyciem materiałów rozpuszczalnych w wodzie dla łatwego usunięcia.

Specyfikacje techniczne

Rozważania dotyczące materiałów

Materiały LOM

Papier: Najbardziej powszechny, niski koszt, ale higroskopijny (wymaga uszczelnienia).

Folie plastikowe: Lepsza trwałość niż papier.

Folie metalowe: Do specjalistycznych zastosowań, wymagające specjalistycznego sprzętu.

Kompozyty ceramiczne: W fazie rozwoju do zastosowań technicznych.

Materiały FDM

ABS (Akrylonitryl Butadien Styren): Dobra wytrzymałość, lekko toksyczne emisje.

PLA (Kwas Polimlekowy): Biodegradowalny, łatwiejszy do drukowania, niższa wytrzymałość.

PC (Polikarbonat): Wyższa wytrzymałość i odporność na temperaturę.

PPSF (Polifenylosulfon): Najwyższa wytrzymałość i odporność termiczna.

Filamenty kompozytowe: Z dodatkami drewna, metalu lub włókna węglowego.

Wytyczne dotyczące projektowania

Projektowanie dla LOM

Optymalizacja dla procesu: LOM jest odpowiedni dla dużych części o stosunkowo prostych geometriach.

Unikanie skomplikowanych elementów: Drobne detale i wewnętrzne wnęki są trudne.

Rozważ obróbkę końcową: Uwzględnij usuwanie materiału i wymagania dotyczące uszczelniania.

Preferowane płaskie powierzchnie: Minimalizuje efekt schodkowy.

Projektowanie dla FDM

Nawisy i podpory: Zaprojektuj, aby zminimalizować zużycie materiału podporowego.

Grubość ścianek: Zapewnij minimalną grubość ścianek dla integralności strukturalnej.

Tolerancje: Uwzględnij adhezję warstw i potencjalne wypaczenia.

Orientacja: Orientacja części wpływa na wytrzymałość i jakość powierzchni.

Zastosowania i przypadki użycia

Typowe zastosowania LOM

Modele koncepcyjne i prototypy do oceny wizualnej.

Wzory odlewnicze piaskowe i wytwarzanie form (właściwości podobne do drewna).

Modele wielkoskalowe dla przemysłu architektonicznego i lotniczego.

Modele edukacyjne ze względu na niski koszt materiału.

Typowe zastosowania FDM

Prototypowanie funkcjonalne do testowania formy i dopasowania.

Części końcowe do zastosowań o niskim naprężeniu.

Narzędzia produkcyjne, szablony i uchwyty.

Niestandardowe urządzenia medyczne i protezy.

Modele edukacyjne i projekty DIY.

Zalety i ograniczenia

Zalety LOM

Wysoka prędkość budowy dla dużych, prostych części.

Niski koszt materiału (szczególnie systemy papierowe).

Brak wymaganych struktur podporowych.

Możliwe duże objętości robocze.

Dobre właściwości mechaniczne w płaszczyźnie XY.

Ograniczenia LOM

Ograniczona dokładność dla drobnych elementów.

Słabe wykończenie powierzchni wymaga obróbki końcowej.

Ograniczenia materiałowe (głównie papier).

Wytwarzanie odpadów z materiału podporowego.

Higroskopijny charakter wymaga uszczelnienia.

Zalety FDM

Szeroki wybór materiałów o różnych właściwościach.

Przyjazna dla biura obsługa z minimalną emisją.

Możliwości druku wielokolorowego.

Rozpuszczalne w wodzie podpory dla złożonych geometrii.

Najniższy koszt sprzętu i materiałów wśród technologii druku 3D.

Ograniczenia FDM

Wytrzymałość anizotropowa (słabsza w kierunku Z).

Problemy z adhezją warstw mogą wpływać na wytrzymałość części.

Widoczne linie warstw wymagają obróbki końcowej dla gładkich powierzchni.

Niska prędkość budowy dla części o wysokiej rozdzielczości.

Problemy z wypaczaniem i kurczeniem się niektórych materiałów.

Wymagania dotyczące obróbki końcowej

Obróbka końcowa LOM

Usuwanie kostek: Usuwanie materiału podporowego (może być czasochłonne).

Uszczelnianie: Wymagane w celu zapobiegania wchłanianiu wilgoci (lakier, żywica epoksydowa).

Szlifowanie: Aby zredukować efekt schodkowy.

Malowanie: Dla poprawy wyglądu.

Obróbka końcowa FDM

Usuwanie podpór: Odłamywanie lub rozpuszczanie materiału podporowego.

Szlifowanie: Wygładzanie linii warstw.

Wygładzanie chemiczne: Użycie rozpuszczalników (np. acetonu dla ABS).

Gruntowanie i malowanie: Dla części kosmetycznych.

Wyżarzanie: Obróbka cieplna w celu poprawy wytrzymałości.

Rozważania dotyczące kosztów

Koszty LOM

Sprzęt: Umiarkowany do wysokiego (30 000+ $).

Materiały: Niski koszt (szczególnie papier).

Eksploatacja: Wymaga dedykowanego środowiska, wysoki koszt konserwacji.

Praca: Wymagany znaczny czas obróbki końcowej.

Koszty FDM

Sprzęt: Niski do umiarkowanego (jednostki stacjonarne od kilkuset dolarów).

Materiały: Umiarkowany koszt (20-50 $/kg dla standardowych materiałów).

Eksploatacja: Możliwe środowisko biurowe, niska konserwacja.

Praca: Minimalna obróbka końcowa dla podstawowych części.

Wpływ na środowisko

Rozważania środowiskowe LOM

Systemy papierowe są odnawialne i biodegradowalne.

Odpady mogą być poddane recyklingowi lub kompostowaniu (systemy papierowe).

Zużycie energii podczas przetwarzania.

Rozważania środowiskowe FDM

Tworzywa sztuczne na bazie ropy naftowej (ABS) nie są biodegradowalne.

PLA jest biodegradowalny w warunkach przemysłowych.

Zużycie energii podczas ekstruzji.

Ograniczone opcje recyklingu dla nieudanych wydruków.

Przyszłe osiągnięcia

Innowacje LOM

Nowe materiały, w tym metale, ceramika i kompozyty.

Poprawiona dokładność dzięki lepszym technologiom cięcia.

Szybsze przetwarzanie dzięki zaawansowanym technikom łączenia.

Możliwości druku kolorowego dzięki drukowi atramentowemu.

Innowacje FDM

Materiały o wyższej temperaturze dla lepszej wydajności.

Szybsze prędkości druku dzięki zaawansowanym konstrukcjom ekstruderów.

Druk wielomateriałowy z wymiennymi dyszami.

Wyższa rozdzielczość z mniejszymi średnicami dysz.

Podsumowanie: Wybór odpowiedniej technologii

Wybierz LOM, gdy:

Potrzebujesz dużych, prostych części szybko.

Koszt jest głównym problemem (niskie koszty materiałów).

Wykończenie powierzchni nie jest krytyczne.

Właściwości podobne do drewna są akceptowalne lub pożądane.

Wybierz FDM, gdy:

Potrzebujesz prototypów funkcjonalnych lub części końcowych.

Złożoność projektu jest wysoka z nawisami i elementami wewnętrznymi.

Wymagane są wiele materiałów lub kolorów.

Preferowana jest eksploatacja w środowisku biurowym.

Zarówno LOM, jak i FDM mają wyraźne zalety i ograniczenia, które sprawiają, że nadają się do różnych zastosowań. Zrozumienie tych różnic jest niezbędne do wyboru odpowiedniej technologii dla konkretnych potrzeb produkcyjnych. W miarę jak obie technologie będą się rozwijać, możemy spodziewać się ulepszeń w zakresie materiałów, dokładności i możliwości, które jeszcze bardziej rozszerzą ich zastosowania w produkcji i prototypowaniu.