FDM 技术

FDM 又称熔融沉积成型,是迄今为止使用广泛的 3D 打印工艺之一

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FDM 又称熔融沉积成型,是迄今为止使用广泛的 3D 打印工艺之一

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3D 打印原型是如何增强您的设计工艺的?

3D 打印原型是如何增强您的设计工艺的?

2021-06-21 14:37

原型制作作为所有设计的第一步,也是关键的一步。它既可确保设计的正确性,又可确保零件组装的适用性,甚至可保证极端环境下的稳定性。纵观各类原型制造技术,毫不夸张地说,3D打印原型是最为出色的。

3D打印始于一个单纯的目的—快速创建原型。自发明以来的几十年里,该技术已经应用到从牙科矫正器的创建到喷气发动机零件生产等各个方面,然而,即使在今天谈到这项技术的应用时,3D打印原型仍然非常受欢迎。
早期由于成本高昂的原因,3D打印主要由大企业使用,如今各种规模的企业都能够使用3D技术打印原型。

3D打印原型有什么优势?

减少周转时间

传统的制造工艺适合于大规模制造,但对于小批量生产则很困难,这就是在3D打印机出现之前原型制造难以实现的原因之一。原型制作通常只能外包给专业企业,这造成产品的迭代升级需要花费高昂的成本和非常长的周转时间。如今通过 3D打印,便可以在几小时或几天内按需制造原型。尤其是熔融沉积成型(FDM)3D打印机,可以快速生产多种材料的小批量原型。

扩展您的材料库

3D打印的兴起让相应的具有不同物理和化学特性的新材料随之激增。现在,制造商可以根据自己的需要选择不同材料。在特定情况下,材料商会与企业合作定制他们的产品并创建相应的特殊材料。
如今,PETG、尼龙碳纤维、PC-ABS等已成为3D打印的主流材料。

降低成本
多年来,3D打印的成本获得了显著的下降,这主要归功于像MakerBot METHOD系列这样价格适中,容易购得且适用于多种打印材料的3D打印机所带来的可用性。相比于传统原型制作的劳动时间和成本,3D打印原型则便宜多了。


速调整与迭代升级
原型设计本质上是一个反复试验的过程。工程师必须遵循一个循环(设计-原型-评估-迭代-设计修改)来完成设计。借助3D打印,可以轻松获得原型,并且设计师和工程师可以更早、更频繁地检验形状、装配及其功能,从而在生产周期中可以进一步降低风险和成本超支的状况。

3D打印原型前需考虑的三件事

终产品
最终产品的应用是在3D打印原型之前要考虑的最重要的方面之一。在某些情况下,原型需在尺寸、功能或美学上复制最终产品。在其他情况下,原型可能只是一个需要检查其是否适合装配的单个组件。更简单的是,在选择基础工业设计之前,一个概念模型可以向用户演示产品的形状和感觉。
3D打印技术
根据原型的类型及其应用,工程师需选择相应的3D打印技术。对于功能原型打印,熔融沉积建模(FDM)是常用的技术。FDM也适用于产品特性在100微米以上的零件。对于注重外形美观的原型打印,可以使用立体光刻(SLA)或PolyJet 等技术。在某些情况下,结合增材制造和减材制造技术可获得的最佳的原型效果。
设计要素
在3D打印原型时,您需要考虑壁厚、防水设计、多壳等设计要素,以及不同类型的3D打印技术所对应的最小产品尺寸。这与您在使用其他制造技术时要考虑的因素类似,然而,与使用减材技术相比,3D打印可以获得前所未有的几何的自由度。


3D打印原型的类型


原型根据其不同的用途和应用存在着各种类型。下面我们列出了常见的几种类型:
设计阶段的原型
每一个产品的开发都是从产品设计开始的。早期阶段,设计师需要理解设计并能够传达给产品开发团队成员。
由于设计原型主要用于阐述初始设计理念,因此可以先选用FDM这类相对没有那么昂贵的3D打印技术。对于彩色原型,可以选用CJP(ColorJet打印)。如果设计具有更精细的特征或需要展示更全面的成品外观,则可以选用SLA(立体光刻)或DLP(数字光处理)。

研究阶段的原型
从技术的早期开始,研究人员就一直在使用 3D打印原型。3D打印的易用性和经济性使其成为用于创建研究阶段原型的理想技术。由于3D打印消除了对工具的需求,它甚至可以非常经济地制造单件产品。此外,对于在研究模型中的小批量生产,它相比传统工艺显现出了低成本的优势。
对于此类应用,MJP(多喷头打印)可能是其理想的3D打印技术。这项技术可以通过多种材料,真实地模拟出最终产品的效果,并进行应的优化,甚至增强产品性能。
营销阶段的原型
营销人员用3D打印预发布产品模型的原型是相当普遍的行为。借助3D打印,用户可以亲手触摸、感受和检验产品。这种接近于实际产品的营销阶段模型通常由DMLS、CJP或MJP等技术制成。
产品功能原型
早在2015年,Apple公司就已经在其产品测试实验室中使用了包括MakerBot在内的多种3D打印机。
产品功能原型主要用于观察和测试机械原型、连杆的运动、强度、操作以及对相邻部件的影响。MakerBot METHOD能够使用一些更工业化的生产级材料进行3功能型原型的3D打印。

工程评估
对于工程评估,3D打印技术与材料一样重要。因此,建议打印机和材料彼此完美兼容。MakerBot METHOD及其广泛的材料组合为工程师测试应用提供了很好的选择。
模拟原型
一直到产品交付生产之前,模拟原型对于产品测试至关重要。MakerBot的FDM 3D打印机可创建复杂的内部结构,进而可轻松地完成风洞测试。

3D打印原型的常用材料

PLA
PLA由于其低成本和易使用的特点,成为FDM 3D打印中最常用的材料之一——事实上,对那些熟悉3D打印原型工程师来说,PLA可能是他们最早使用的材料。它广泛应用于尺寸在100微米以上的产品,PLA也用于大型产品制作,从而优化原型制作成本。
ABS
ABS常用于批量生产塑料制品,这使其成为非常受欢迎的原型材料。虽然ABS由于容易翘曲而很难打印,但工程师可以通过使用打印环境可控的3D打印机来克服这一问题。它还适用于需要进行后处理的原型。相对来说,ABS比PLA更容易进行后处理。
PETG
PETG由于其耐化学性是另一种常用于消费品和包装制作的材料,如食品和饮料的包装、润滑剂和肥皂以及牙科产品等。生产此类消费品公司需要不断更新设计新包装,来吸引顾客的眼球或改善用户对产品的体验——因此,3D打印原型至关重要。
PC
PC或聚碳酸酯在电子元件、汽车、医疗和消费技术等不同行业中变得越来越流行。它们具有透明特性、高耐用性和抗划伤性,并且适用于大规模生产。与上述常用材料一样,PC在实际创建3D打印原型的需求也是很大的。

结语


3D打印原型从一开始就是增材制造的核心,由于它能够以最低的成本生产小批量、高质量的零件,这项应用一直处于举足轻重的地位。自发明以来,这项技术已经取得了长足的进步,有数十个平台和数百种材料可供选择,相信3D打印原型将会发展得越来越好。

源文摘自:MakerBot
 

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