Экструзия материала

Экструзия материала в аддитивном производстве (Material Extrusion, MEX) — это технология, при которой термопластичный материал нагревается, выдавливается через сопло и послойно формирует объект. Наиболее известный её вариант — моделирование методом наплавления (Fused Deposition Modeling , FDM), ранее также называвшееся FFF (Fused Filament Fabrication, FFF). Согласно классификации ГОСТ Р 57556-2017 (ASTM F42), MEX — один из семи базовых методов АП, широко применяемый в промышленности, образовании и прототипировании благодаря доступности и универсальности. С 2009 года срок патентной защиты на этот процесс истек и теперь любой энтузиаст может попробовать свои силы в совершенствовании и развитии этого метода, новых материалов и т.д. Движение REP-RAP таких энтузиастов возникло именно на этой волне.

Принцип работы FDM

Процесс FDM начинается с подачи материала в виде иламента /нити/ (диаметром обычно 1,75 или 2,85 мм) в экструдер — нагревательный блок с соплом. Нить плавится при температуре 180–260° C (в зависимости от материала) и выдавливается на платформу, формируя слой толщиной от 0,1 до 0,4 мм. Сопло движется по осям X и Y под управлением G - кода, сформированого на этапе обощенного дизайна, а платформа опускается по оси Z после завершения каждого слоя.
Пример: Для PLA температура экструдера составляет около 200 °C, для ABS — 230–250 °C.

Основные материалы

PLA (полилактид): Экологичный, легкий в печати, подходит для прототипов и декоративных изделий.
ABS (акрилонитрилбутадиенстирол): Прочный, термостойкий, используется для функциональных деталей.
PETG : Комбинирует прочность ABS и простоту PLA, устойчив к влаге.
Нейлон: Гибкий, износостойкий, применяется в механических компонентах.
Другие варианты включают TPU (гибкие изделия) и композитные нити с добавлением углерода или металла.

Этапы процесса

Проектирование: Создание 3D - модели в CAD (SolidWorks , Fusion 360) с учетом ориентации и поддержек (см. 'Дизайн в аддитивном производстве').
Слайсинг: Модель преобразуется в G - код через ПО ( Cura , PrusaSlicer), где задаются параметры: толщина слоя, заполнение ( infill ), скорость.
Печать: Экструдер наносит расплавленный материал, слой за слоем, пока объект не будет завершен.
Постобработка: Удаление поддержек, шлифовка или обработка ацетоном (для ABS) для улучшения шерохоатости поверхности.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

Низкая стоимость оборудования (от $200 для настольных принтеров).
Простота эксплуатации и доступность материалов.
Возможность печати сложных форм с внутренними полостями.
Высокая скорость для крупных объектов.

Недостатки:

Ограниченная точность (±0,1–0,5 мм) и шероховатость поверхности из-за слоистости.
Необходимость поддержек для нависающих элементов (>45°).
Меньшая прочность по оси Z по сравнению с процессами PBF или VP.
Сравнение: SLA обеспечивает детализацию до 0,025 мм, но дороже и сложнее в эксплуатации.

Применение

FDM используется для прототипирования (например, корпуса электроники), создания учебных моделей, инструментов и деталей малой нагрузки. В промышленности технология подходит для быстрого тестирования концепций перед переходом к массовому производству. Этот процесс широко применяется в различных отраслях промышленности, включая пищевую промышленность, фармацевтику, строительство и производство пластиков.