הבנה של Fuse Deposition Modeling

אבקת CNC Modeling (FDM) הוא תהליך ייצור תוספתי אשר בונה שכבת חלקים על ידי שכבת CNC על ידי extruding thermoplastic פלמנט דרך nozzle מחומם.חומר מופקד על פלטפורמת בנייה, שבו זה מוצק כדי ליצור את הגאומטריה חלקית. FDM הוא בשימוש נרחב עבור חומרים הנדסתיים מהירים, ג'יגים ותיקון, ייצור נמוך בשל עלות נמוכה שלה, כמו חומרים מורכבים, כגון FDtrat משותף, עם חומרים גמישים, עם חומרים גמישים, עם חומרים גמישים, עם חומרים גמישים, עם .

המונחים: CNC Machining

בקרת המחשב (CNC) machining היא תהליך ייצור תת-קרקעי המשתמש בכלים חיתוך מבוקרים במחשב כדי להסיר חומר מבלוק מוצק (או חיוב) כדי ליצור חלק גמור. CNC מתפתל, מפנה, ו routing הם הפעולות הנפוצות ביותר CNC הוא גם ידוע על ידי שבבים מיוחדים, CNC הוא לעתים קרובות חומר מורכב, קלפיות מתוחה (לעתים קרובות בתוך ±0.005 מ"מ), ומצטברים מעולה.

זרם העבודה ההיברידי

ייצור היברידי המשלב FDM ו CNC מאמץ זרימת עבודה משתנה או רציונאלית.הצעדים הספציפיים תלויים בגאומטריה, החומר, דרישות האיכות. להלן הוא תהליך טיפוסי של שלושה שלבים.

שלב 1: הדפסה FDM

חלק גיאומטריה מיועדת בתוכנות CAD, ולאחר מכן מייצאת כקובץ STL ומעובדת באמצעות תוכנת פרוסה (למשל, Cura, PrusaSlicer, Siלהגדיל את 3D) הדפסה פרמטרים כגון גובה שכבתי (בדרך כלל 0.1 עד 0.3 מ"מ), צפיפות infill, ומבנים תמיכה הם אופטימיזציה.המדפסת FDM יוצרת חלק קרוב-net-shape, לעתים קרובות עם מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"ל יכול להיות מדויק יותר על פני השטח (לדוגמה, כלומר, באופן דומה, כלומר, באופן מדויק יותר, כלומר, כלומר, לדוגמה, כלומר, באופן מדויק יותר, כלומר, כלומר, באופן מדויק יותר, כלומר, באופן מדויק יותר, כלומר, כלומר, כלומר, למטה, למטה, כלומר, למטה, כמו גם בגודל של חומר מודפס, באופן מדויק יותר, באופן דומה, על פני השטח).

שלב 2: פוסט-Processing and Inspection

לאחר הדפסה, מבני תמיכה הוסרו - או באמצעות תמיכה כל כךלולית (למשל, PVA או HIPS) החלק המודפס הוא אז נבדק עבור פגמים, דיוק ממדי, ומצב פני השטח.זה עשוי לדרוש annealing כדי להקל על הלחץ הפנימי, במיוחד עבור תרמופלסטיקה עתירה גבוהה כמו פוליקרבונט או Ultem בשלב זה, החלק מוזן לעתים קרובות בתוך מכונה CNC באמצעות מכשיר רדומה לדגימה (למשל, כדי להתאים את הגאומטריה לאחור).

שלב 3: CNC Machining תפעול

החלק FDM הוא רכוב במכל CNC או נתב. חיתוך פרמטרים כגון מהירות ספינדל, קצב האכלה, ועומק של חיתוך חייב להיות מותאם לחומרים פלסטיים כדי להימנע ממס, שבבים, או בורינג. פעולות נפוצות כוללות מול (ליצור משטחים שטוחים), קווי מתאר (כדי להשיג סובלנות הדוקה על פרופילים חיצוניים), קידוח ומשעממים (חורים), ו-Fcing (מפרקים), ו-Fcendings) כדי לאפשר צ'יפסים מרובים של צ'יפסים מורכבים (מדומים (מדומים) או מ-D) לעתים קרובות, לאחר שימוש בתבניות מורכבות).

היתרונות העיקריים של שילוב FDM עם CNC

עלויות יעילות

FDM הוא תהליך זול לייצור צורות מורכבות, במיוחד עבור אצילות קטנות.פסולת חומרית הוא מינימלי בהשוואה לשיטות תת-טרקטיות.על ידי שימוש ב-FDM כדי ליצור מצע-רשת, ולאחר מכן לסיים רק משטחים קריטיים עם CNC, השימוש החומרי הכולל והפחתה של זמן ריצוף באופן משמעותי.

עיצוב Flexibility

FDM מאפשר תכונות עיצוב כי הם לא מעשי עבור CNC לבד: ערוצי קירור פנימיים, מבנים לצמצום משקל, erg ארגונומי להתמודד עם קווי מתאר, וצורות אורגניות מורכבות. CNC אז מוסיף מיקומים מדויקים, משטחים מרווחים, צינורות חוטפים, והתאמה הדוקה. שילוב זה מאפשר מהנדסים לעצב חלקים מורכבים פונקציונליים, ללא סיבוכים של מניטורציה.

חיסכון בזמן

ייצור היברידי מקטין את הזמן המוביל על ידי חיסול הצורך של תבניות מותאם אישית, תיקונים, או תכנות CNC ארוך עבור חלקים מורכבים. FDM יכול לייצר חלק בן לילה, והשלמת CNC ניתן להשלים בשעות.עבור מחזורי אבטיפוס, שיש חלק FDM במהירות מכונה כדי לבדוק את המתאים ואת הסובלנות מאיצה את הפיתוח. בהשוואה לשבועיים להמתנה לחלק מחנות, היברידי יכול לספק בתוך ימים.

הסכם ומשטח משופר

חלקי FDM לעתים קרובות יש גסות פני השטח בין 3 ל-15 מיקרומטר רא, בהתאם לגובה שכבתי וחומר. CNC מאצ'ינג יכול להפחית את החוספס מתחת 1 μm Ra, השגת קרוב להערצה לסיים על פלסטיק. סובלנות משתפרת מ 0.3-0.5 מ"מ (typical עבור FDM) ל ±0.05-0.1 לאחר machin זה הופך מתאים עבור רכיבי איסוף או משטחים אחרים.

חומרים לייצור היברידי

לא כל חומרי FDM מתאימים ל- CNC המטמון הבא.חומר האידיאלי הוא נוקשה מספיק כדי להחזיק יציבות ממדית במהלך חיתוך, יש יציבות תרמית טובה (החליפה נמוכה תחת חום החיכוך), ואינו מייצר אבק חודר יתר.

  • (FLT:0)Polycarbonate (PC): FLT:1 נוקשות טובה, התנגדות השפעה, ומיומנות.שימוש בדיור, ג'יגס, אבטיפוס פונקציונלי.
  • (FLT:0)Ultem (PEI): FLT:1 עמידות בחום גבוהה (עד 217°C), להבה חוזרת, וכוח מכני מעולה.פופולרי בתעופה וביישומים רפואיים.
  • (הופנה מהדף ⁇ )0 (PA): ⁇ 1:1 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ :0 (PETGRE: FLT:1 פחות מ PLA, התנגדות כימית טובה וקלה למכונה.
  • (ב) ⁇ :0) ,0 (ב) ,(ב) ,המחיר הנמוך וקל להדפיס אך עשוי לייצר מטושטשות ודורש נפיחות לאחר הדפסה לפני הצפה כדי להפחית את הנפיחות.
  • (FLT:0)PEEKIR:FLT 1 הנדסת פלסטיק בעל ביצועים גבוהים עם תכונות מכניות וכימיקליות מצוינות, יקר אך בשימוש יותר ויותר בשתלים רפואיים ואווירה.

בחירת חומרית צריכה לשקול תאימות בין ספק FDM לבין תהליך CNC. רצוי לבצע חתכים על קופונים מדגם כדי לקבוע מהירויות אופטימליות, הזנות, וציפוי כלים.FLT:0Stratasys מספק מדריך מקיף לחומרי FDMreaFLT:1 הכולל הערות מקיימות.

המונחים: חלק היברידי

כדי למקסם את היתרונות של שילוב FDM+CNC, בצע את ההנחיות העיצוביות הללו:

  • (FLT:0)Plan for machining קצבאות: ההרחבה 1 (התוספת 0.5-2 מ"מ של חומר נוסף על פני פנים שיוגדרו.זה לפצות על אי דיוקים בתהליך FDM ומספק מלאי נקי.
  • (FLT:0)A נטול קירות לא נתמכת: FDM מודפס עם שכבת-על-ידי-שכבות; קירות דקים (תחת 1.5 מ"מ) יכולים לשבור או להפלק במהלך המבוך.
  • (ב) ⁇ :0) ימלאות ו chamfers:BuildFLT:1 , שארפ הפנימי פינות חלשות בדפוסי FDM ויכול לגרום ריכוזי מתח במהלך חיתוך.
  • (ב) יש לראות את החלק המודפס בחיוב: 0(Consider Fixturing: FLT:1) החלק המודפס חייב להיות מוקרן באופן מאובטח. עיצוב שטוח או משטחים התייחסות שניתן להחזיק בנוף הקדמי או הריק.
  • (ב) ⁇ :0) אורנטי לעוצמה: (1) חלקי FDM הם אניסטוטרופיים: כוח הוא נמוך יותר בז-אקסי (בין שכבות) לחלק, כך שתכונות מכונות קריטיות תואמות עם שכבות שבהן כוח הוא גבוה יותר (מטוס XY).
  • (ב) [15] ,בכוח ליציבות: ⁇ 1 , השתמש ב-100% במזיקים לאזורים שיוגדרו. fill ספורד או ירוד במהלך חיתוך, מה שמוביל לסיומו של פני השטח או לפירוק כלי.
  • (FLT:0)עדכון לחץ הדפסה הקלה: FLT:1hiling חלק FDM (למשל, חימום ל 80-120 מעלות צלזיוס למחשב או ABS) יכול להקל על לחצים פנימיים, להפחית את הפחתת הצפה במהלך המכשול, ולשפר את היציבות המחודשת.

(ב) ,0) פרוטובטס מציע סקירה מפורטת של עיצוב עבור ייצור היברידית של ייצור היברידיתFLT:1 אשר מרחיבה על נקודות אלה.

יישומים נפוצים

חללי תעופה

בחלל, משקל וביצועים הם קריטיים בייצור היברידית משמש לducting, חזיונות פנים, לוחות פנים, אבטיפוס כלי כלי. FDM מאפשר מבנים לקטייה קלים וקוטורי אווירודינמיקה מורכבים, בעוד CNC מבטיח כי חורים עולים, חסימת flanges, משטחים מזייף לפגוש את MIL-spec סובלנות.

רכב

יצרני רכב משתמשים בייצור היברידי של חלקים נמוכים כרכים של רכיבים מותאמים אישית, רכיבי חילוף, וחלקי מנוע אבטיפוס.Intake manifolds, צריכת אוויר דוקטרקטים, ודירות החיישן מיוצרים בדרך כלל.היכולת במהירות עיצובים ולאחר מכן בדיוק ממשקים קריטיים מכונה מאיצים את הפיתוח. in Motorsportsports, מגני חום ממצה ורכיבי אוויר עשויים מ FD-Fal-Ratch או FEECerct עם כמה נקודות מכווץ עם נפחים מופחתים.

מכשירים רפואיים

ייצור היברידי משרת את התעשייה הרפואית עבור מדריכים כירורגיים ספציפיים לחולה, אסתטיקה, ו שתלים אורתופדיים. FDM יכול לייצר מודלים אנטומיים וצורות מותאמות אישית המבוססים על סריקות CT; CNC לאחר מכן מוסיף תכונות היישור מדויקות, חורים בורג, משטחים חלק כי הם בטוחים עבור סטריליזציה. עבור שתלים, חומרים תואמים FDM כמו PEEK מודפסים ולאחר מכן להשיג את המדויק עבור אינטגרציה אחת, במיוחד עבור אינטגרטיבית עבור אינטגרציה אחת.

כלים ותיקון

רצפות המפעל מסתמכות על ג'יגים מותאמים אישית, תיקונים ומדנים לייצור זרם.FDM+CNC מציעה דרך מהירה ליצור כלי ארגונומי, קל משקל כי בדיוק מחזיק חלקים. תיקון מודפס ניתן למכונה בנקודות מגע מפתח כדי להתאים את העבודה, צמצום זמן ההרכבה ושיפור יכולת ההחזרה. יצרנים רבים פועלים הדפסה פנימית 3D ותאים CNC כדי לייצר כלי כזה על פני 24 שעות, לעתים קרובות לתקן את העיצוב.

אתגרים ומגבלות

למרות היתרונות, ייצור FDM+CNC היברידי יש אתגרים שיש לנהל:

  • (FLT:0) השפעות קדמוניות: 1FLT:1 חלקי FDM יכולים להתכווץ או להתכווץ במהלך המבוך בשל גידול חום מחיתוך כלים חדים, הזנות מתאימות, וחתכים לסירוגין עוזר, אבל חלקים גדולים דלים מאוד נוטים במיוחד לעיוות.
  • (FLT:0) תאימות אווירית: FLT:1 כמה חומרים FDM (למשל, PLA) הם מתפתלים מדי או נוטים להמיס בתנאים חיתוך.לא כל הפיגמנטים הדפסה 3D נועדו עבור machining - לבדוק המלצות היצרן.
  • (FLT:0) נפיחות פני השטח: FLT:1 חלקים FDM יכולים להיות רִיק זעיר או שכבתי שהפכו חשופים לאחר הסנטר, במיוחד ליד פני השטח.זה יכול להשפיע על חותם או אסתטיקה. Vapor חלקה או epoxy חותםing לפני הסימון יכול לעזור.
  • (FLT:0)Fixturing המורכבות:FLT:1 Holding חלק FDM באופן מאובטח מבלי להודיע לו דורש הלסתות רכות מותאמות אישית, תיקונים ואקום, או עלייה דבקה.
  • (FLT:0) שילוב: 1.FLT 1 להעביר את החלק ממדפסות ל- CNC ללא אובדן של היערכות דורש תכנון זהיר, ולעתים קרובות מערכת רישום (למשל, אבני דום או תכונות משולבות של דאטום).

להתגבר על אתגרים אלה לעתים קרובות נופל מהנדסי תהליכים מנוסים אשר מבינים הן תוספים והן תחומים תת-תחומיים. כמו אוטומציה וכלים תוכנה לשפר, המחסומים הם צמצום.

מגמות וחדשנות עתידיים

ההתכנסות של FDM ו- CNC מתפתחת עם מספר מגמות מתעוררות:

  • (FLT:0) Multi-axis CNC אינטגרציה:BuildFLT:1 ; 5axis CNC מכונות CNC לאפשר מבוך של משטחים מורכבים במבנה יחיד, צמצום שגיאות ומאפשר צורות אורגניות יותר בשילוב עם FDM, זה מאפשר חלקים היברידיים באמת עם תכונות פנימיות וחיצוניות מורכבות.
  • (FLT:0) עיבוד פרובינג והתאמה של המטמון: FLT:1 על-מכונה probing יכול למדוד את החלק מודפס באופן אוטומטי ולהתאים אוטומטית את כלי CNC לפצות על דף מלחמה או כווץ.זה שליטה סגורה-loop משפר באופן דרסטי את ההצלחה הראשונה.
  • תאים:0 (Automated): הזרועות הרובוטיות של LT:1, משמשים להעברת חלקים ממדפסות ל- CNC, לנקות אותם ואפילו לשנות כלים.
  • (FLT:0)Multi-חומר FDM עם תמיכה בלתי פתורה:Felo1 השתמש בשניים או יותר חומרים בדפוס יחיד (למשל, נוקשה וגמישה, או עם תמיכה כל כךלולית) מרחיב את חופש העיצוב.לאחר הדפסה, CNC יכול להיות מיושם על החומר הנוקשות בעוד התמיכה נותרת ללא פגע, ואז מתמוסס.
  • (FLT:0 simulation and digital Twins:FLT:1 פלטפורמות תוכנה עכשיו לדמות את כל תהליך FDM+CNC, צופה דף מלחמה, כוחות כלי, דיוק סופי.זה מקטין את הניסוי וטרור ומהירויות של פיתוח תהליכים.

כמו חידושים אלה בוגר, ייצור היברידי יהיה נגיש יותר לארגונים קטנים ובינוניים, לא רק חברות תעופה גדולות ומכוניות.היכולת לייצר חלקים מותאמים אישית מאוד, מדויקים על הביקוש יהיה לעצב מחדש שרשרת האספקה ולהאיץ מחזורי פיתוח המוצר.

קדימה עם ייצור היברידי

שילוב FDM עם CNC machining מציע מסלול מעשי לייצר חלקי הנדסה כי הם מורכבים ומדויקים כאחד. על ידי מינוף היתרונות העלות והעיצוב של ייצור תוספת עם הדיוק וסיום של שיטות תת-פרקטיביות, מהנדסים יכולים לעמוד מפרטים הדוקים ללא מהירות מקרית או תקציב. בעוד אתגרים קיימים, בחירה חומרית זהירה, עיצוב תקין לייצור היברידי, השקעה בתהליך לספק תשואה משמעותית.