FDM/FFF tehnologija 3D printanja

Razvojem digitalne tehnologije 3D printanje doživjelo je svoj procvat, no ono svakako nije novitet. Krajem 80-ih godina osnivač poznate svjetske tvrtke Stratasys, Scott Crump, patentirao je FDM tehnologiju 3D printanja. Iako je FDM/FFF tehnologija danas najrasprostranjenija i najjednostavnija za korištenje, u odnosu na SLA ili SLS tehnologiju 3D printanja, ona je najkasnije patentirana. Prvi Stratasys-ov FDM 3D printer nazivao se Stratasys 3D Modeler. Patent je konačno istekao 2009. godine, nakon čega su razvoj i prodaja raznih FDM/FFF 3D printera dosegli vrtoglave razmjere.

Model mlaznog motora aviona 3D printan FDM/FFF tehnologijom, izvor: 3DPrintaj 

Zašto FDM spada pod aditivnu proizvodnju?

FDM/FFF tehnologija, kao i sve ostale tehnologije 3D printanja, spada pod aditivnu proizvodnju. To znači da 3D printani predmeti nastaju praktički “iz ničega” dodavanjem polimernog materijala, sloj po sloj, od radne podloge 3D printera prema gore. 3D printer dodaje materijal sve dok 3D print nije u potpunosti gotov. Debljina pojedinog sloja pritom može varirati od 0.05 do 0.3 mm, ako radite sa standardnom mlaznicom debljine 0.4 mm. Što je debljina pojedinog sloja manja 3D printani objekt ljepše izgleda, ali se u nekoj mjeri smanjuje i njegova mehanička otpornost na pritisak ili udarce! Također, povećanjem ukupnog broja slojeva 3D printanje pojedinog objekta traje duže. Na primjer, 3D printanje stalka za olovke u debljini sloja 0.2 mm trajalo je 10h dok će 3D printanje istog stalka za olovke u debljini sloja 0.1 mm trajati oko 20h. Dakle, gotovo dvostruko.

Neki 3D printani objekt ne mora kompletno biti izrađen iz jednog komada. Ponekad se zbog veličine i specifičnih zahtjeva aditivne proizvodnje, kompletan 3D printani objekt sastavlja od više zasebno 3D printanih dijelova. Takav način proizvodnje omogućuje FDM/FFF 3D printeru izradu prototipa, kalupa i raznih objekata većih gabarita od radnog volumena stroja. Na primjer, skulptura golferice Prudence visine 1.90 m sastavljena je od ukupno 21 komada. Svi komadi zasebno su 3D printani na FDM/FFF 3D printeru radnog volumena 400x400x350 mm. Zatim su svi dijelovi lijepljeni te lakirani kako bi se dobila skulptura konačne veličine, uvećana replika originalnog umjetničkog djela. Replika je kasnije bila glavni dio postave izložbe u Dublinu.

Primjeri 3D printeva izrađenih FDM/FFF tehnologijom, izvor: 3D Hubs

Kako funkcionira FDM/FFF 3D printer?

Svi FDM/FFF 3D printeri koriste plastični materijal (žicu, filament) koji dolazi namotan na kolut. Postoji više vrsta filamenata koji FDM/FFF 3D printeri koriste. PLA, PETG, ABS i ASA samo su neki od danas najčešće korištenih vrsta filamenata. FDM/FFF 3D printer pomoću specijalne nazubljene osovine, koja se nalaze u glavi 3D printera, povlači filament do grijača koji topi plastiku. Omekšana plastika kroz glavu 3D printera izlazi pomoću mlaznice koja se nalazi, za vrijeme 3D ispisa, nadomak radnoj podlozi. Kako se glava 3D printera pomiče u smjeru x, y i z osi, tako omekšana plastika međusobno prijanja, sloj po sloj, do gotovog objekta.

Rekli smo da je najvažnije obilježje aditivne proizvodnje stvaranje svakog predmeta sloj po sloj. To znači da, nakon što bude gotov jedan čitav sloj, glava 3D printera se pomiče prema gore i nastavlja s idućim slojem. Postoje i neke verzije FDM/FFF 3D printera gdje glava printera stoji na mjestu, a radna podloga se pomiče prema dolje i tako nastaje 3D printani objekt. Kako bi svaki FDM/FFF 3D printer mogao funkcionirati mora imati neke pomične dijelove. To su, kod FDM/FFF 3D printera, glava 3D printera koju vertikalna navojna vretena pomiču gore-dolje (z os) te horizontalne osovine s linearnim ležajevima koje omogućuju pomicanje glave lijevo-desno (u smjeru x i y osi). Rad svakog 3D printera uvelike ovisi o unaprijed zadanim postavkama 3D ispisa kroz tzv. “slicer” program.

Najvažniji parametri koje treba definirati su temperatura 3D ispisa (za odabrani materijal), visina sloja tj. rezolucija 3D ispisa, oplošje 3D modela (“shell”, “top” i “bottom”), količina i oblik ispune (“infill”), brzina ispisa pojedinih parametara poput vanjskog obruba (“shell”), ispune (“infill”) itd. Programe za pripremu digitalnog 3D modela (u stl. formatu) za 3D ispis, poput Ultimaker Cura ili Prusa Slicer-a, možete besplatno skinuti s interneta. Sve dodatne postavke na samom FDM/FFF 3D printeru uključuju podešavanje temperature mlaznice i radne podloge (ovisno o vrsti materijala), pripremu radne površine te niveliranje radne površine. Nakon što ste sve podesili možete krenuti u 3D printanje.

Prikaz 3D ispisa na FDM/FFF 3D printeru sa dvije mlaznice, izvor: 3D Hubs

Na što pripaziti prilikom pripreme 3D modela za 3D ispis?

Jedna od najvažnijih stvari prilikom pripreme 3D modela za ispis, u “slicer” programu, je njegova orijentacija. Digitalni 3D model poželjno je orijentirati na način da je potrebna što manja količina potpornog materijala prilikom 3D ispisa. Potporne strukture nužne su prilikom 3D printanja tzv. “negativnih kuteva”, odnosno svih onih dijelova 3D modela kojima je nagib manji od 45 stupnjeva (gledajući od radne podloge). Gravitacija onemogućava prevelike nagibe prilikom 3D printanja ili 3D printanje onih dijelova modela koji se nalaze “u zraku”. Potporne strukture izrađuju se na način da bi se kasnije što lakše mogle odvojiti od ostatka. Njih je najbolje izbjeći (ako je moguće) kako bi utrošak materijala bio manji te kako bi se izbjegli vidljivi tragovi na mjestima kasnijeg odvajanja “supporta” od 3D printa.

Je li 3D print iznutra ispunjen ili prazan?

To je jedno od najčešćih pitanja korisnika koji se prvi puta susreću s FDM/FFF tehnologijom 3D printanja. Postotak ispunjenosti 3D printa najčešće varira od 5 do 70%, ovisno o namjeni pojedinog 3D printa. Najčešći postotak ispune 3D printeva je oko 20%. Kod 3D printeva koji služe samo za pokazne namjene postotak ispune može biti i oko 5%. Kada bi bilo koji 3D print “prerezali” po pola, iznutra bi vidjeli savršeno pravilnu geometrijsku strukturu.

Na što obratiti pažnju prilikom 3D printanja nekog objekta?

Kada FDM/FFF 3D printer krene ispisivati svoj prvi sloj (eng. “first layer”) materijala jako je važno obratiti pozornost na to prijanja li materijal uz podlogu. Ako ne prijanja potrebno je provjeriti udaljenost mlaznice od radne podloge u nekoliko točaka po cijeloj površini, udaljenost mora biti otprilike za debljinu lista papira. Kako bi smanjili mogućnost da se filament odvaja od podloge dobro je svaki puta prije 3D printanja podlogu očistiti alkoholom. 

Prilikom korištenja FDM/FFF tehnologije 3D printanja, neki od najčešćih problema koji se mogu pojaviti su tzv. “warping”, “underextrusion”, “overextrusion” te neprijanjanje filamenta uz radnu podlogu. Glavni razlog za “warping” tj. savijanje je činjenica da se plastika skuplja dok se hladi. Za mnoge velike 3D printane dijelove to bi moglo značiti i par milimetara skupljanja. “Underextrusion” ili nedovoljno izlaženje filamenta iz mlaznice najčešće uzrokuje zamjetne praznine između susjednih ekstruzija svakog sloja.

“Overextrusion” ili preveliko izlaženje filamenta iz mlaznice uzrokuje višak plastike koji može “uništiti” vanjske dimenzije 3D printa čineći ga neurednim. U slučaju neprijanjanja filamenta uz radnu podlogu mlaznica nastavlja izbacivati filament koji 3D printajući “u zraku” izgleda poput špageta. Ovdje smo samo spomenuli osnovne probleme koji se mogu pojaviti. Detaljnije i opsežnije o tome kako ih izbjeći reći ćemo u drugim blogovima tehničke namjene.

Različite tehnologije koriste drugačije načine 3D printanja objekata, a zajedničko im je 3D printanje objekata sloj po sloj. Za bilo koju tehnologiju 3D printanja potrebna vam je stl. datoteka. Izvor fotografije: 3D Hubs

Treba li 3D printevima završna obrada?

3D printevi izrađeni na FDM/FFF 3D printeru u principu ne trebaju završnu obradu. To znači da ih možete skinuti direktno s 3D printera i koristiti za određenu namijenu. No, ako želite postići određenu površinsku teksturu ili boju tada možete koristiti razne vrste završne obrade. Neke od najjednostavnijih obrada su “šmirglanje”, nanošenje primera i korištenje akrilnih boja kako bi dobili npr. višebojan umjetnički 3D print.

Također, može se koristiti i poliuretanska smola za premazivanje manjih brazdi kako bi se popunile manje pukotine te izbjegao gubitak detalja na 3D printu. Pored navedenog moguće je sprejanje, lakiranje te razne druge umjetničke obrade, a 3D printanjem mogu se izrađivati i kalupi u koje se kasnije mogu lijevati predmeti od raznih drugih materijala u serijama od stotinu ili više primjeraka.

Za više tehničkih informacija o FDM tehnologiji 3D printanja pričekajte nadolazeće tutoriale, u kojima ćemo se posvetiti davanju konkretnijih informacija o tome kako digitalni 3D model pretvoriti u 3D print vrhunske kvalitete. U tome nam pomažu godine iskustva i na stotine odrađenih projekata.

Krenite s nama! #3DPrintaj #3dprinthrvatska #3dprintingcroatia