Özet:Erimiş Filament Fabrikasyon (FFF), erimiş termoplastik malzemenin katman katman seçerek üç boyutlu nesneler oluşturan bir katmanlı üretim (AM) işlemidir.Bu kılavuz, FFF teknolojisini ayrıntılı bir şekilde inceler., temel ilkelerini, süreç değişikliklerini, tasarım düşüncelerini, malzemeleri, işleme sonrası teknikleri ve çeşitli uygulamaları kapsar.Mühendisler için güvenilir bir referans olarak hizmet eder., tasarımcılar ve üreticiler bu yaygın olarak erişilebilir üretim teknolojisini anlamak ve kullanmak istiyorlar.
1Fused Filament Fabrikasyonuna Giriş
Erimiş Filament Üretimi (FFF),Genellikle Fused Deposition Modeling (FDM) olarak da bilinir Stratasys tarafından tescilli bir terim bugün en yaygın ve erişilebilir katkı üretici teknolojilerinden biridirFFF'nin temel prensibi, termoplastik bir filamanın erime noktasına kadar ısıtılmasını ve bir nozelden kontrol edilmiş bir desenle dışarı çıkarılmasını içerir.Bu teknoloji, daha geniş bir madde ekstrüzyon katkı üretimi kategorisine girer., ASTM International tarafından tanımlanmıştır.
FFF'nin tarihi, 1980'lerin sonunda Dr. S. Scott Crump tarafından icat edilen ve patentlenen FDM ile iç içe geçmiştir.Anahtar patentlerin sona ermesi ve açık kaynaklı RepRap (Replicating Rapid Prototyper) projesinin yükselişi sonrasında, teknoloji halka geniş çapta erişilebilir hale geldi ve bu da "Fused Filament Fabrication" veya eş anlamlı "Fused Filament Fabrication (FFF) " olarak adlandırılmasına yol açtı.Bu demokratikleşme yeniliği teşvik etti ve FFF'yi hem hobiciler hem de profesyoneller için en popüler ve ucuz 3B baskı yöntemlerinden biri haline getirdi.
FFF, işleyişinin basitliği, geniş malzeme seçimi ve prototip yapımı ve küçük hacimli üretim için maliyet etkinliği ile ayırt edilir.Tüm potansiyelini anlamak, süreç mekaniğine derinlemesine dalmayı gerektirir., tasarım kısıtlamaları ve kapasitesini genişletmeye devam eden devam eden gelişmeler.
2FFF Süreci: Adım Adım Çözüm
FFF işlemi sistematik olarak üç ana aşamaya bölünebilir: ön işleme, baskı ve işleme sonrası.
2.1. Ön işleme (Dijital Hazırlama)
Bu aşama dijital modeli baskı için hazırlamayı içerir. Genellikle STL veya OBJ dosya biçiminde bir 3 boyutlu model oluşturarak başlar,nesnenin dış geometrisini üçgenlerden oluşan bir ağ kullanarak temsil eden. Bu model daha sonra dilimleme yazılımına ithal edilir. Yazılım 3 boyutlu modeli ince yatay katmanlara (genellikle 0.05 ila 0.3 mm kalınlığında) dilimler ve G-kodunu oluşturur,yazıcının hareketlerini belirleyen bir dizi talimat, hem model hem de gerekli destek yapıları, baskı sıcaklıkları ve baskı hızları için araç yolları dahil.
2.2Baskı (Fabrikasyon Süreci)
Gerçek baskı işlemi G-kod talimatlarını tam olarak takip eder:
Filament besleme: Genellikle bir sarmal üzerinde sarılan katı bir termoplastik filament, bir tahrik aleti mekanizması ile yazıcının ekstrüder montajına beslenir.
Isıtma ve Erime: Filament ısıtılmış bir nozel (veya sıvılaştırıcı) içine geçer ve orada cam geçiş sıcaklığının biraz üstünde yarı sıvı bir duruma kadar ısıtılır.
Ekstrüzyon ve Depozisyon: Erimiş malzeme ince bir nozelden zorlanır (diametrleri genellikle 0,2 ila 0 arasında değişir).8 mm) ve mevcut katman için tanımlanan araç yolu boyunca inşaat platformuna yatırılır..
Katman Konsolidasyonu: Ekstrüde edilen malzeme, daha önce depolanmış katmanla temas ederken füzyon olur ve soğutma yoluyla sertleşir.Yapım platformu daha sonra bir katman yüksekliği ile düşürür (veya baskı başı yükseltir), ve süreç nesne tamamlanana kadar tekrarlanır.
2.3. İşlem sonrası
Yazdıktan sonra, birkaç adım gerekebilir:
Destek kaldırma: Aşınma veya karmaşık geometrilerli modeller için, destek yapıları ayrı, genellikle suda çözünen veya kopacak bir malzeme kullanarak eşzamanlı olarak basılır.Baskı tamamlandıktan sonra bunlar elle çıkarılmalı veya bir çözeltide çözülmelidir..
Yüzey bitirme: Parçalar estetik veya işlevselliği iyileştirmek için bitirmeye maruz kalabilir.veya katman çizgilerinin görünürlüğünü azaltmak için buharlarla kimyasal düzeltme.
3FFF için kritik tasarım düşünceleri
FFF için parçalar tasarlamak, baskı ve işlevselliği sağlamak için sürecin yeteneklerini ve sınırlamalarını anlamak gerektirir.
Katman Yüksekliği: Bu, baskıların dikey çözünürlüğünü belirler. Daha küçük katman yükseklikleri daha pürüzsüz dikey yüzeyler üretir, ancak baskı süresini artırır.
Yönlendirme: Parçanın yapı levhasındaki yönelimi dayanıklılığını, yüzey kalitesini ve destek gereksinimini kritik olarak etkiler.Genellikle katman çöküşü yönünde (X-Y düzlemi) en güçlüdürler ve katman arası bağın potansiyel bir arıza noktası olması nedeniyle dikey (Z) yönünde en zayıflardır..
Destek Yapıları: Belirli bir açının ötesinde (genellikle 45 derece veya daha fazla) asılı olan özellikler destek gerektirir.Aşınmaları en aza indirmek veya kendi kendini destekleyen açıları dahil etmek, malzeme kullanımını azaltabilir ve işleme sonrası verimliliği artırabilir.
Duvarlar ve doldurma: Dış çevre (duvarlar) parçanın kabuğunu tanımlarken, iç doldurma örneği (örneğin, ızgara, bal sapı) iç yapıyı sağlar.Doldurma yoğunluğu (parçanın içindeki katı malzemenin yüzdesi) denge gücüne göre ayarlanabilir, ağırlık, malzeme kullanımı ve baskı süresi.
Köprüleme: FFF, köprüleme olarak bilinen bir teknikle, iki dikey destek arasında alt malzeme olmadan çap edebilir.
Tahammüller ve Boyut Doğruluğu: Tasarımcılar, özellikle ABS gibi malzemelerle boyut yanlışlıklarına ve bükülmesine yol açabilecek malzemelerin küçülmesini hesaba katmalıdır.Çukurlar ve iğne gibi özellikler, istenen nihai boyutlara ulaşmak için dijital modelde ayarlanmalıdır..
4FFF için malzemeler
FFF için malzeme seçimi kapsamlıdır ve çoğunlukla termoplastikler etrafında döner, çünkü onlar tekrar tekrar erimiş ve katılaşabilmektedir.
4.1. Ortak Filamentler
Polylactic Asit (PLA): Mısır nişastası gibi yenilenebilir kaynaklardan elde edilen biyolojik olarak parçalanabilir bir termoplastik. Kullanım kolaylığı, düşük çarpma ve geniş renk kullanımı nedeniyle popülerdir,Ancak diğer mühendislik plastiklerine kıyasla daha düşük dayanıklılığa ve ısıya dayanıklılığa sahiptir..
Akrilonitril Butadien Stiren (ABS): İyi dayanıklılığı, dayanıklılığı ve ısıya dayanıklılığı ile bilinir.Sıcak bir odada basılmadığı takdirde önemli bir küçülme ve bükülme nedeniyle PLA'dan daha zor basılıyor.
Polyamid (Nilon): Yüksek dayanıklılığı, dayanıklılığı, esnekliği ve aşınmaya dayanıklılığı nedeniyle değerlidir.
Polikarbonat (PC): Çok yüksek dayanıklılığa ve ısıya dayanıklılığa sahip bir mühendislik plastiği, ancak çarpışmayı önlemek için yüksek baskı sıcaklıkları ve kapalı bir oda gerektirir.
Polyether Ether Ketone (PEEK): İstisnai havacılık ve tıbbi uygulamalarda kullanılan olağanüstü mekanik özelliklere ve termal istikrarlılığa sahip yüksek performanslı bir süper polimer.
4.2Destek malzemeleri
Ayrılma Destekleri: Tipik olarak model ile aynı temel malzemeden yapılır, ancak daha kolay çıkarılması için daha az yoğun bir desenle basılır.
Suda çözünür destekler: Polyvinyl Alkol (PVA) gibi malzemeler suda çözülür, bu da onları elle çıkarmanın imkansız olduğu karmaşık iç geometri için idealdir.
| Malzeme | Anahtar Özellikler | Baskı Zorluğu | Genel Uygulamalar |
| PLA | Baskı kolay, düşük warp, biyolojik olarak parçalanabilir, kırılgan | Sakin ol. | Prototipler, eğitim modelleri, işlevsel olmayan parçalar |
| ABS | Sert, dayanıklı, ısıya dayanıklı, çarpmaya eğilimli | Orta | Fonksiyonel prototipler, kabuklar, otomotiv parçaları |
| PETG | Güçlü, dayanıklı, iyi kimyasal ve nem direnci | Kolay ve Orta | Su şişeleri, mekanik parçalar, gıda güvenliği içeren kaplar |
| Nylon | Güçlü, esnek, aşınmaya dayanıklı, higroskopik | Orta ağırlıklı | Dişliler, menteşeler, aletler |
| TPU/TPE | Esnek, esnek, darbeye dayanıklı | Orta | Dikiş, giyilebilir, amortisör |
5FFF'nin Avantajları ve Sınırları
5.1. Avantajlar
Maliyet etkinliği: FFF yazıcıları, özellikle masaüstü modelleri, düşük giriş maliyetine sahiptir.
Malzeme Türleri: Özel özelliklere sahip karbon lif, ahşap veya metal parçacıkları olan kompozitler de dahil olmak üzere çok çeşitli termoplastik malzemeler mevcuttur.
Kullanımı ve güvenliği kolay: İşlem temizdir ve yüksek güçlü lazerler veya toksik kimyasallar içermez, bu nedenle ofis ve ev ortamları için uygundur.
Hızlı Prototipleme: Tasarım kavramlarının hızlı tekrarlanmasını ve görselleştirilmesini sağlar.
5.2Sınırlamalar
Anizotropik Mekanik Özellikler: Parçalar, katmanlar arasında (Z eksen) katman içindeki (X-Y düzleminden) daha zayıftır.
Katman çizgileri: Görünür katman çizgileri, estetiği etkileyebilecek ve pürüzsüzleştirmek için son işlem gerektiren kavisli yüzeyler üzerinde "merdiven adımları" etkisine neden olur.
Daha Düşük Çözünürlük ve Doğruluk: FFF, genellikle Stereolitografi (SLA) veya Selektif Lazer Sinterleme (SLS) gibi teknolojilere kıyasla daha düşük boyut doğruluğuna ve özellik çözünürlüğüne sahiptir.
Yavaş Yapım Hızları: Malzemenin nokta bilinciyle çökmesi, FFF'yi büyük, katı parçalar için bazı diğer AM süreçlerinden daha yavaş hale getirir.
Destek Yapılara İhtiyaç: Bu, malzeme israfına eklenir, baskı süresini artırır ve işleme sonradan ek işgücü gerektirir.
6FFF Teknolojisinin Uygulamaları
FFF'nin çok yönlülüğü, çok sayıda endüstride kullanılmasını sağlar.
Hızlı Prototipleme: Tasarımcıların ve mühendislerin şekil, uygunluk ve işlev testleri için fiziksel modeller oluşturmalarına izin veren en geleneksel uygulama.
Üretim Yardımcıları: FFF, üretim sürelerini ve maliyetlerini azaltabilen montaj hatları için jigler, armatürler ve özel araçlar üretmek için kullanılır.
Eğitim: Düşük maliyeti ve operasyonel basitliği, FFF'yi STEM eğitimi için mükemmel bir araç haline getirir, yaratıcılığı ve tasarım ve mühendislikte pratik öğrenmeyi teşvik eder.
Tıbbi ve Diş Hekimliği: Uygulamalar, cerrahi planlama için anatomik modeller, özel protezler ve yardımcı cihazları içerir.
Son Kullanım Parçaları: Yüksek performanslı malzemeler ve optimize baskı parametreleri ile FFF, özellikle havacılık, otomotiv,ve tüketici malları endüstrileri.
