¿Qué es la tecnología FDM?
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Análisis:
Descripción de la tecnología FDM
La tecnología FDM está diseñada y fabricada por Stratasys , se puede aplicar a una variedad de sistemas. Estos sistemas son FDM Maxum, FDM Titan, Prodigy Plus y Dimension. La tecnología FDM utiliza ABS, policarbonato (PC), polifenilsulfona (PPSF) y otros materiales. Estos materiales termoplásticos se extruyen en filamentos semifundidos que se depositan en una pila capa por capa para crear prototipos directamente a partir de datos CAD en 3D. Esta tecnología se utiliza comúnmente en la conformación, el ensamblaje, las pruebas funcionales y el diseño conceptual. Además, la tecnología FDM se puede aplicar al muestreo y a la fabricación rápida.
Figura 1 Diagrama esquemático de la boquilla con tecnología FDM
Terminología FDM
WaterWorks (soporte soluble en agua): una estructura de soporte soluble que se puede descomponer en agua alcalina disolventes.
Break Away Support Structure (BASS): El predecesor de los soportes solubles en agua, soportes que requieren un despegado manual de la superficie de la pieza de trabajo.
Consejo: Boquilla para moldeo por extrusión. La boquilla ofrece una variedad de tamaños de orificios para que los usuarios elijan.
Carretera (alambre): Material extruido en un solo recorrido de la boquilla. Puede controlarse mediante el tamaño y el material de la boquilla.
Propiedades físicas
Cumplir los requisitos físicos de las aplicaciones de prototipos es probablemente el factor más importante a la hora de elegir la tecnología de creación rápida de prototipos. Las propiedades físicas de un prototipo rápido definirán su calidad y determinarán el éxito o el fracaso de la aplicación prevista.
Propiedades de los materiales de ingeniería
Cuando se les pide que clasifiquen su importancia, los usuarios de creación rápida de prototipos suelen afirmar que las propiedades de los materiales son la consideración más importante. Al abordar los requisitos industriales, es importante cumplir con las propiedades de los materiales con los que se pretende producir. Y este es uno de los puntos fuertes más importantes de la tecnología FDM. Cuando Stratasys fabrica todos los materiales utilizados en la tecnología FDM, cada artículo se produce a partir de resinas termoplásticas disponibles comercialmente.
ABS: Todos los productos de la serie FDM ofrecen ABS como material opcional, y casi el 90% de los prototipos de FDM están fabricados con este material. Los usuarios informan que los prototipos de ABS pueden alcanzar el 80% de la resistencia del ABS moldeado por inyección. Otras propiedades, como la resistencia al calor y la resistencia química, son similares o equivalentes a las de las piezas moldeadas por inyección, que tienen una resistencia al calor de 93,3 grados Celsius. Esto convierte al ABS en un material ampliamente utilizado para aplicaciones de pruebas funcionales.
Policarbonato: Un nuevo material RP disponible en los modelos Titan, el policarbonato, está creciendo rápidamente. La mayor resistencia del policarbonato puede soportar fuerzas y cargas mejor que los prototipos producidos con materiales ABS. Muchos usuarios creen que los prototipos fabricados con este material pueden alcanzar las propiedades de resistencia del ABS moldeado por inyección y tener una resistencia al calor de 125 grados centígrados.
Otros materiales: La tecnología FDM también cuenta con otros materiales especiales. Estos incluyen polifenilsulfona, materiales de caucho y materiales de cera. El material de caucho se utiliza para fabricar prototipos funcionales con propiedades similares al caucho. El material de cera está diseñado específicamente para crear muestras de fundición a la cera perdida. Las propiedades de la cera permiten utilizar muestras FDM para producir patrones de cera tradicionales similares a los que se encuentran en las fundiciones. La polifenilsulfona, un nuevo material de ingeniería utilizado en los modelos Titan, proporciona alta resistencia química y al calor, así como resistencia y dureza, con una resistencia al calor de 207,2 grados Celsius.
Figura 2 Los materiales de ingeniería PPSF resistentes a altas temperaturas se utilizan en el diseño de cafeteras
Stratasys anunció que ha lanzado materiales PPSF para el sistema de creación rápida de prototipos FDM Titan. Entre varios materiales de creación rápida de prototipos, PPSF (o polifenilsulfona) tiene la mayor resistencia, resistencia al calor y resistencia química.
Los fabricantes de la industria aeroespacial, la industria automotriz y la industria de productos médicos son los primeros usuarios que esperan utilizar este material PPSF. A la industria aeroespacial le gustarán las propiedades retardantes de llama del material; la industria automotriz también estará ansiosa por aplicar su resistencia química y su capacidad para continuar operando a temperaturas superiores a 400 grados; y los fabricantes de productos médicos utilizarán prototipos de PPSF que puedan esterilizarse. sentir interés.
Para la unidad de prueba, Parker Hannifin instaló un modelo hecho de PPSF en el motor de un automóvil. La pieza, un filtro llamado coalescente de vapor del cárter, se instaló en un motor V8 y se probó durante 40 horas para determinar la efectividad del medio filtrante. El gas recolectado por esta pieza contiene aceite lubricante a 160 grados, combustible, vapores de aceite y otros productos de reacción química de la combustión. Russ Jensen de Parker Hannifin dijo: "El ensamblaje no tuvo fugas y exhibió la misma resistencia y propiedades que cuando se ensambló por primera vez. Estamos muy satisfechos con su desempeño".
Unidad de prueba Sheku Kamara, gerente de operaciones en MSOE (Escuela de Ingeniería de Milwaukee), está igualmente satisfecho con el nuevo material. "Cuando el vidrio se funde a 450 grados, entre varios materiales de creación rápida de prototipos, el material PPSF también tiene la temperatura de funcionamiento y la dureza más altas además del metal", dijo. "Durante las pruebas de adhesivo, las piezas del prototipo de PPSF se sometieron a temperaturas que oscilaban entre 14 grados y 392 grados y permanecieron intactas".
Colores
Incluye el ABS blanco más utilizado. Disponible en seis. colores materiales. Las opciones de color incluyen azul, amarillo, rojo, verde y negro. El ABSi de grado médico está disponible para aplicaciones translúcidas, como el rojo transparente o el amarillo para faros de automóviles.
Figura 3 y 4 Conjunto del modelo de color
Estabilidad de propiedad
A diferencia de la resina SLA y PolyJet, las propiedades de los materiales FDM no cambiarán con el tiempo. exposición al medio ambiente. Al igual que las réplicas moldeadas por inyección, estos materiales conservan su resistencia, rigidez y color en casi cualquier entorno.
Precisión
La precisión dimensional de la creación rápida de prototipos depende de muchos factores, y los resultados pueden variar ligeramente de un trabajo a otro o de un día a otro. Los aspectos a considerar deben incluir condiciones conocidas, como el marco temporal de la medición, el acondicionamiento de la pieza de trabajo y la exposición ambiental. Los datos de precisión de Maxum, Titan y Prodigy Plus se detallan en el Apéndice 1. Las piezas de trabajo de prueba de precisión se muestran en las Figuras 5 y 6. Cada máquina está construida con un espesor de capa de 0,18 mm para formar los datos de precisión actuales.
La pieza de trabajo que se muestra en la Figura 5 se prueba para comparar la precisión.
La pieza de trabajo de prueba que se muestra en la Figura 6 se utiliza para la precisión dimensional y el análisis del tiempo de operación. La pieza de trabajo fue producida por FDM Titan con un espesor de capa de 0,18 mm.
MAXUM TITAN PRODIGY
Tamaño teórico Tamaño real Porcentaje Tamaño teórico Porcentaje Tamaño teórico Porcentaje
A 76,2 76,2 0,00 76,2 0,00 76,1 0,17
B 25,4 25,5 0,30 25,5 0,40 25,6 0,60
C 152,4 152,4 0,00 152,3 0,08 152,4 0,00
D 2,54 2,51 1,00 2,54 0,00 2,54 0,0
E 76,2 76,15 0,07 76,07 0,17 76,12 0,10
F 101,6 101,57 0,02 101,42 0,18 101,50 0,10
G 25,4 25,48 0,30 25,50 0,40 25,55 0,60
H1 2,7 12,62 0,60 12,65 0,40 12,55 1,20
H2 12,7 12,62 0,60 12,67 0,20 12,55 1,20
I 12,7 12,67 0,20 12,7 0,00 12,62 0,60
J 6,35 6,43 1,20 6,55 3,05 6 . 48 2,00
K 12,7 12,67 0,20 12,78 0,60 12,78 0,60
La Tabla 1 muestra los datos de precisión dimensional de Maxum, Titan y Prodigy Plus. Todas las piezas de prueba se construyeron con un espesor de capa de 0,18 mm. (Unidad: mm)
Construcción de la pieza de trabajo
En términos generales, la precisión proporcionada por la tecnología FDM suele ser igual o mejor que la tecnología SLA y la tecnología PolyJet, y definitivamente es mejor que la tecnología SLS. . Sin embargo, dado que la precisión depende de muchos factores, pueden producirse resultados contradictorios en prototipos individuales. La precisión de la tecnología FDM se ve afectada por menos variables. Con las tecnologías SLA, SLS y PolyJet, la precisión dimensional se verá afectada por factores como la calibración de la máquina, las habilidades operativas, la dirección del moldeado y la posición de la pieza de trabajo, la edad del material y la tasa de contracción.
Eje Z
Este no es siempre el caso, el eje Z puede ser el menos preciso. Además de los cambios discutidos anteriormente, la altura del prototipo puede cambiar debido a errores enteros en el espesor de la capa. Esto es válido para todos los sistemas RP. Cuando la superficie superior o inferior de cualquier entidad no se puede alinear en una capa, el algoritmo de corte de capas en el software redondeará las dimensiones al espesor de capa más cercano. En el peor de los casos, si la superficie está redondeada en un extremo hacia abajo y en el otro hacia arriba, la altura puede variar en un espesor de capa. Para los parámetros FDM típicos, esto puede dar como resultado un error de al menos 0,127 mm.
Estabilidad
La estabilidad dimensional es una ventaja clave de los prototipos FDM. Al igual que la tecnología SLS, el tiempo y la exposición ambiental no cambiarán el tamaño u otras características de la pieza de trabajo. Una vez separado el prototipo del sistema FDM, sus dimensiones quedan fijas cuando alcanza la temperatura ambiente. Si la temperatura cambia en grados, no ocurre lo mismo con la tecnología SLA o PolyJet.
Figura 7 Estabilidad dimensional de piezas de gran tamaño
Estimación de costes
Modelo de máquina: Stratasys FDM Maxum
Costo de material: (por año) Calculado usando 100 kg)
100 kg*36 %=36 kg (aplicando el método de procesamiento que ahorra material)
36 kg*2400 yuanes/kg=86400 yuanes
Reemplazo de boquilla Tarifa:
Deben reemplazarse una vez al año, dos boquillas, el precio unitario es de 150 dólares estadounidenses, equivalente a aproximadamente 1239 yuanes
150*8,26*2 = 2478 yuanes
Costo del sustrato: se requieren 20 boletos por año, por un total de 232 dólares estadounidenses, equivalente a RMB***1916
El costo anual estimado integral es de 90 794 yuanes (los costos de mano de obra y electricidad no están incluidos)
SISTEMA EOS /3D
Costo del material: (calculado en base al uso anual de 100 kg)
100 kg*1000 yuanes/kg = 100 000 yuanes
Dado que SLS se forma mediante el principio de sinterización de polvo, no se puede aplicar tecnología de procesamiento que ahorre material.
SLA requiere un tanque de material (más de 200 KG) como "material base", y se agregan nuevos materiales durante el uso.
100 KG*2400 yuanes/KG = 240.000 yuanes, los materiales nacionales cuestan 500-800 yuanes/KG, pero el rendimiento del material es mucho peor que el de los materiales importados.
Costo de reposición del láser:
Cada láser tiene una garantía de 5.000 horas, calculadas en base a 25 días al mes y 16 horas de trabajo al día.
debe reemplazarse una vez al año, el costo de cada reemplazo es de 20.000 dólares estadounidenses, equivalente a 165.400 yuanes en RMB
El costo anual promedio es de 165.400 yuanes
Costo de consumo de nitrógeno
Consumo de nitrógeno 2 días/botella, precio unitario de 200 yuanes por botella
Costo de 100 yuanes por día, 30.000 yuanes por año (25 días por mes * 12 meses)
Costo de una habitación con temperatura y humedad constantes
Costo de construcción: 200.000 yuanes
Costo de mantenimiento: 100 yuanes/día
El costo anual estimado integral de SLS es 331.900 yuanes (los costos de mano de obra y electricidad no están incluidos)
El costo anual estimado integral de SLA es 431.900 yuanes (los costos de mano de obra y electricidad no están incluidos)
Evaluación integral:
~FDM está controlado por software y puede utilizar tecnología de procesamiento que ahorra material, puede reducir el consumo de material en un 64% y aumentar la velocidad de procesamiento en 2,5 veces
~La muestra se procesó de acuerdo con los datos proporcionados por nuestra fábrica tiene una precisión de 0,127 mm, que es la más alta entre varios fabricantes.
~ Estimación integral del costo de uso, FDM es 82,982 yuanes/año, el costo de uso es relativamente bajo
Salida de posprocesamiento
Muchas piezas de RP requieren la finalización manual del acabado liso de la pieza de trabajo. Por ejemplo, SLA requiere la eliminación manual de las estructuras de soporte de la superficie de la pieza de trabajo, y la superficie de la pieza de trabajo requiere algo de pulido manual. Esto significa que la precisión de la pieza de trabajo ya no se ve afectada únicamente por la precisión del sistema. Ahora está controlado por el nivel de habilidad del técnico de posprocesamiento.
Para moldeo, ensamblaje y creación de prototipos funcionales, la mayoría de los usuarios consideran aceptable la precisión de la superficie de las piezas de trabajo FDM. Luego, cuando se combina con soportes solubles en agua y soportes fáciles de pelar, significa que la precisión de los prototipos FDM no se verá afectada por los cambios manuales. Por supuesto, si se requiere precisión de la superficie para el moldeado o la pintura de silicona, la pieza de trabajo FDM requerirá un posprocesamiento, al igual que otras tecnologías. En este caso, la habilidad del técnico de posprocesamiento de la pieza juega un papel clave en la precisión del prototipo que se puede lograr.
Figura 8 El modelo se puede pintar Figura 9 El modelo se puede galvanizar al vacío
Precisión del acabado superficial
Reconocida tanto por los usuarios como por Stratasys, la tecnología FDM es la La limitación más obvia es la precisión del acabado superficial. Debido a que se extruye a partir de plástico semifundido, la precisión del acabado de la superficie es más rugosa que la de SLA y PolyJet, pero comparable a la de SLS. Si bien la precisión del acabado de la superficie mejora con anchos de alambre más pequeños y espesores de capa más delgados, los contornos de los contornos y los espesores de las capas acumuladas que pasan a través de la boquilla de extrusión aún se pueden ver en las paredes superior, inferior y lateral.
La Tabla 2 enumera la precisión del acabado superficial de Maxum y Titan. Para mejorar la precisión del acabado superficial, tanto Maxum como Titan ahora ofrecen un espesor de capa de 0,127 mm.
El usuario encuentra la dirección de moldeado de la pieza de trabajo, que puede cumplir con los requisitos de precisión del acabado superficial. Estas superficies, que requieren una alta precisión de acabado, normalmente se forman en dirección vertical. Las superficies menos importantes suelen formarse horizontalmente, como las superficies inferior o superior. Al igual que con otras técnicas, se puede utilizar el procesamiento secundario (salida de posprocesamiento) para hacerlo idéntico. Sin embargo, la dureza de los materiales ABS y policarbonato hace que el pulido requiera mucha mano de obra. Los usuarios suelen utilizar disolventes o adhesivos para terminar o prepararse para el lijado. Los medios disponibles comercialmente incluyen empalmes, pegamento ABS de secado rápido, acetona y epoxis o-part. Para lograr una precisión suficiente, tanto la tecnología FDM como los productos de la competencia pueden proporcionar superficies para moldear o pintar con silicona. La diferencia clave es cuánto tiempo lleva lograr los resultados requeridos.
Maxum Ra(μin) Titan Ra(μin)
Superficie superior sin tratar superficie tratada
550275 475150
Superficie lateral sin tratar Tratado superficie Superficie tratada
450200 425175
Superficie inferior sin tratar Superficie tratada
550125 575100
Tabla 2: Datos de precisión de las superficies Maxum y Titan. Todas las piezas de prueba se construyeron con un espesor de capa de 0,18 mm.
Definición de características
Aunque los sistemas FDM avanzados pueden producir características más pequeñas, el tamaño mínimo de la característica de la mayoría de los prototipos FDM está limitado al doble del ancho del cable. Sin la intervención del usuario, la opción de "trayectoria cerrada" utilizada por la tecnología FDM limita el tamaño mínimo de la característica al doble del ancho de la pila de troqueles de extrusión. Para los parámetros típicos de boquilla y construcción, el tamaño mínimo de la característica varía de 0,4 a 0,6 mm. Aunque es mayor que los tamaños mínimos de funciones de SLA y PolyJet, este rango es el mismo que los tamaños mínimos de funciones disponibles para estas tecnologías.
Aunque la tecnología SLA puede construir tamaños tan pequeños como 0,08 (modelos Viper si2) o 0,25 mm (todos los modelos), y la tecnología PolyJet puede construir tamaños tan pequeños como 0,04 mm, pocos prototipos utilizarán estos tamaños extremadamente pequeños. los detalles más pequeños. Teniendo en cuenta las propiedades del material, se suele encontrar que los prototipos con tecnología SLA y tecnología PolyJet tienen un tamaño mínimo de característica de 0,5 mm. El tamaño mínimo de característica de la tecnología FDM es igual o mejor que los 0,6 a 0,8 mm de la tecnología SLS. Debido a que las propiedades del material son similares al ABS o al policarbonato moldeado por inyección, la tecnología FDM puede ofrecer tamaños de características funcionales en el rango de 0,4 a 0,6 mm.
Resistencia Ambiental
Los prototipos FDM proporcionan propiedades materiales similares a los materiales termoplásticos. Esto incluye la exposición ambiental y química. En el caso del ABS, los usuarios pueden experimentar con sus prototipos a temperaturas de hasta 93 grados y en medios químicos como aceite, gasolina e incluso algunos ácidos. Una consideración clave es la exposición a la humedad, incluida la inmersión y la humedad. La resina fotosensible utilizada en la tecnología SLA y la tecnología PolyJet es sensible a la humedad y puede dañarse. La exposición al agua o la humedad no sólo afectará las propiedades mecánicas del prototipo, sino que también afectará la precisión dimensional. A medida que los prototipos de fotopolímero absorban la humedad, comenzarán a ablandarse y volverse algo flexibles. Además, la pieza de trabajo tenderá a deformarse o expandirse, lo que afectará seriamente la precisión dimensional. Los prototipos de tecnología FDM, así como los prototipos de tecnología SLS, no se ven afectados por la humedad, por lo que mantienen sus propiedades mecánicas y precisión dimensional originales.
Mecanizado
Los prototipos FDM se pueden fresar, taladrar, rectificar, tornear, etc. Para compensar la falta de precisión de la superficie y mejorar los detalles de las características, cuando existen requisitos de calidad especiales, los usuarios suelen realizar un procesamiento secundario para mejorar los detalles del prototipo.
Figura 10 Se pueden realizar procesamientos en el prototipo, como tornillos de bloqueo.
Consideraciones operativas
Después de considerar las propiedades físicas del prototipo, la atención debe centrarse en sobre los parámetros de la operación. Las siguientes áreas pueden afectar el uso del prototipo en su aplicación prevista.
Tamaño de la pieza de trabajo
A diferencia de algunas tecnologías de creación rápida de prototipos, el rango de construcción de la tecnología FDM en el anuncio es el tamaño de pieza de trabajo más grande. Dentro de la familia de productos, la tecnología FDM ofrece una amplia gama de opciones constructivas. Maxum, la versión más grande, ofrece tamaños de piezas de hasta 600 x 500 x 600 mm. El alcance de dicha construcción es el mismo que el de los sistemas SLA más grandes. Titan, ofrece un tamaño máximo de pieza de trabajo de 406 x 355 x 406 mm. El alcance de una construcción de este tipo es ligeramente mayor que el del sistema SLS Sinterstations. El Prodigy Plus, una versión de escritorio de oficina, tiene un área integrada de 203 x 203 x 305 mm, que es un poco más grande que el sistema PolyJet y el sistema SLA más pequeño. Cuando se utilizan tecnologías de la competencia, las partes del prototipo rápido que exceden el espacio de construcción a menudo se construyen en secciones y luego se unen entre sí. Utilizando pegamento ABS de secado rápido disponible comercialmente, la fuerza de adhesión de la pieza de trabajo FDM puede cumplir con la aplicación de pruebas funcionales. Además, las piezas de trabajo FDM se pueden soldar mediante soldadura ultrasónica. Esta opción no está disponible en SLA y PolyJet porque no están fabricados con materiales termoplásticos.
Estructuras de soporte
En la tecnología FDM, se necesitan estructuras de soporte para formar la base para fabricar la pieza de trabajo y para soportar cualquier elemento más allá de la suspensión. En la interfaz de la pieza de trabajo se ha colocado una pila sólida de material de soporte. Debajo de esta pila sólida, los cables son de 0,5 mm y se depositan a una distancia de 3,8 mm. La tecnología FDM ofrece dos tipos de soportes: estructuras de soporte fácilmente despegables (BASS) y estructuras de soporte solubles en agua (WaterWorks). Los soportes BASS se eliminan despegando manualmente los soportes de la superficie de la pieza de trabajo. Si bien no quieren dañar la superficie de la pieza de trabajo, las características pequeñas deben ser fácilmente accesibles y accesibles.
Los soportes solubles en agua (WaterWorks) son soluciones que utilizan materiales solubles en agua que pueden descomponerse en disolventes acuosos alcalinos. A diferencia de los soportes fácilmente despegables (BASS), estos soportes se pueden ubicar en áreas empotradas en lo profundo de la pieza de trabajo o en contacto con elementos pequeños porque la remoción mecánica se puede realizar sin consideración. Además, los soportes solubles en agua protegen los pequeños rasgos. En otras tecnologías de creación rápida de prototipos, cómo quitar los soportes sin dañar las funciones es un gran desafío.
Conjuntos de una pieza
Con la aparición de soportes solubles en agua, la tecnología FDM proporciona una solución única: la construcción de conjuntos de una pieza operables. Debido a que los soportes solubles en agua se pueden desmontar, se puede construir un conjunto de varias piezas en una sola pasada de máquina. Cuando se pueden ejecutar ensamblajes de varias piezas en SLS o PolyJet, se debe tener cuidado de tener en cuenta el material que queda entre las piezas originales. Por ejemplo, el conjunto de engranajes con forma de cerebro de la tecnología FDM que se muestra en la Figura 3 se puede completar sin mano de obra y lleva algún tiempo descomponer el soporte soluble en agua. Hacer la misma pieza de trabajo utilizando tecnología SLS puede requerir más de una hora de trabajo manual para eliminar el polvo de las piezas del engranaje y del eje. Con soportes solubles en agua, los datos CAD de todo el conjunto se pueden tratar como una sola pieza de trabajo. Asimismo, no se requiere mano de obra ni tiempo para ensamblar las piezas de trabajo.
Figura 11 El engranaje con forma de cerebro está construido de una sola pieza utilizando soportes solubles en agua sin tener que considerar la extracción manual de los soportes
Tiempo de ejecución
Tiempo de ejecución en tecnología FDM El proceso de fabricación obviamente depende de diferentes factores. No es posible proporcionar una tabla comparativa de todos los tiempos de producción de todos los artefactos. Sin embargo, en términos generales, el tiempo de ejecución de la tecnología FDM es un poco más largo que el de la tecnología SLA y la tecnología SLS, y es similar a la tecnología PolyJet. La Tabla 3 muestra el tiempo de ejecución registrado para el artefacto de prueba de precisión realizado en la Figura 1. Todas las piezas están construidas con un espesor de capa de 0,25 mm.
Horas del sistema FDM
Maxum 2.2
Titan 2.7
Prodigy Plus 4.2
En la Tabla 3 se muestra el funcionamiento Tiempo
El tiempo de funcionamiento de la tecnología FDM está definido por el volumen de material de la pieza de trabajo y la estructura de soporte. A diferencia de SLA, SLS o PolyJet, la altura del eje Z no afecta el tiempo. La cantidad total de material en la pieza de trabajo y la tasa de deposición de material son factores importantes que determinan el tiempo de ejecución de la tecnología FDM. La tasa de deposición del material es función del tamaño de la boquilla, el ancho del alambre y el espesor de la capa. Los espesores de capa y las boquillas más pequeños mejorarán los detalles de las características y la precisión del acabado de la superficie, al tiempo que aumentarán el tiempo de construcción. Una consideración adicional es que el tiempo de ejecución de la tecnología FDM no varía de un material a otro. Para la tecnología SLA y la tecnología SLS, el tiempo de ejecución depende del tipo de material y variará en más del 20%. Para reducir el tiempo de funcionamiento, el sistema FDM ofrece la opción de "llenado escaso" (tecnología ligera). Este tipo de opción crea un entorno sólido y un interior esquelético. El espaciado de los alambres es de 3,8 mm y la dirección de los alambres se alterna en cada capa, por lo que se reduce la cantidad total de material y el tiempo de construcción.
Dado que el tiempo de ejecución de la tecnología FDM no se ve afectado por la altura del eje Z, aparte de cualquier material de soporte adicional, la pieza de trabajo se puede orientar en la dirección de moldeo para obtener una calidad óptima sin pérdida de tiempo. En cualquier otra tecnología, suele haber un equilibrio entre tiempo y calidad. El uso del eje Z como dirección de moldeado más baja puede reducir el tiempo de construcción, pero la calidad de las características es deficiente.
Otro aspecto a tener en cuenta es que la tecnología FDM no requiere mucho tiempo para calentarse hasta la temperatura de funcionamiento ni permitir que la pieza terminada se enfríe. En el proceso de tecnología SLS o SLA, el precalentamiento y enfriamiento de salida del sistema requieren de 2 a 4 horas adicionales por cada operación. Y en el proceso de tecnología SLA, las piezas del prototipo deben limpiarse con alcohol o acetona para eliminar la resina líquida de la superficie y luego colocarse en una caja de curado UV para un curado secundario. En el proceso de tecnología SLS, las piezas prototipo producidas deben "limpiarse en polvo" y sumergirse en cera. FDM no requiere ninguno de los procesos de posprocesamiento laboriosos y que requieren mucho tiempo.
Entorno de uso del equipo
El equipo de creación rápida de prototipos se coloca mejor en una sala de diseño por computadora para facilitar el trabajo. Se requiere que el equipo esté libre de humo, vibraciones y ruido. y los materiales son seguros y no tóxicos. La materia prima líquida de la resina fotosensible (SLA) es tóxica y debe manipularse con especial cuidado, y se requiere un sistema de escape para eliminar el humo tóxico generado durante el proceso de modelado, mientras que el material en polvo (SLS) requiere un sistema de escape; equipo de recolección de polvo y prevención de polvo. La caja y el sistema de generación de nitrógeno (LOM) también deben estar equipados con un sistema de escape para extraer el humo generado durante el proceso de modelado; solo necesita la máquina de creación rápida de prototipos FDM de la empresa estadounidense Stratasys; ser operado en un ambiente de oficina general.
Ámbito de aplicación
Modelo conceptual
Muchos usuarios de la tecnología FDM consideran que la tecnología es periférica a su diseño. Por derecho propio, la tecnología se ha convertido en otra herramienta vinculada e impulsada por los sistemas CAD para revisar y validar conceptos de diseño en las primeras etapas del proceso. Para tales aplicaciones, la tecnología FDM se utiliza como herramienta de modelado conceptual para transmitir claramente diseños cada vez más sofisticados y complejos. Cuando la tecnología FDM no puede proporcionar la velocidad esperada de un modelo conceptual, ofrece las ventajas de combinar modelos conceptuales con aplicaciones visuales. Estos puntos fuertes incluyen la precisión, las propiedades del material, el color y la eliminación del posprocesamiento manual de la pieza de trabajo. Aunque la resistencia y rigidez del material no son críticas para los modelos conceptuales, a menudo vale la pena prestarles atención porque los modelos frágiles a menudo se rompen en los momentos más inoportunos. Los modelos de tecnología FDM también se utilizan en ventas y marketing, tanto interna como externamente. Internamente, se utilizan prototipos de tecnología FDM para que el equipo de ventas, la gerencia y otros empleados puedan ver cómo se verá el producto antes de que comience la fabricación. Externamente, los prototipos se utilizan para generar entusiasmo e interés entre los clientes potenciales antes de comercializar el producto.
Modelado, ensamblaje y modelado funcional
Como ocurre con muchas tecnologías, la aplicación de creación rápida de prototipos requiere ciertos sacrificios en el modelado, ensamblaje y análisis funcional. Aunque la tecnología SLA y la tecnología PolyJet brindan mejores detalles, precisión y exactitud en el procesamiento de superficies, no pueden proporcionar la resistencia y dureza necesarias. Asimismo, la tecnología SLS aporta solidez a expensas de la precisión y el detalle.
Para la tecnología FDM, se utilizan materiales ABS y policarbonato para proporcionar prototipos robustos con detalle, precisión y trabajabilidad para el análisis funcional de piezas de plástico moldeadas por inyección. Aunque es posible que las piezas de trabajo sin posprocesamiento no tengan el mismo acabado superficial que el producto terminado, hay muchas aplicaciones que no se ven obstaculizadas por esto. Además, la precisión del acabado superficial suele ser secundaria a otros factores como la estabilidad dimensional, la resistencia al calor y la resistencia química.
Figura 12 Prueba de ensamblaje del prototipo FDM
Muestra de recorte
La creación rápida de prototipos se puede utilizar como muestra para construir un molde. A diferencia de otras tecnologías de creación rápida de prototipos, la tecnología FDM se puede utilizar con éxito para crear prototipos. Sin embargo, se debe considerar la precisión del mecanizado de la superficie y el tiempo necesario para posprocesar la pieza de trabajo hasta el punto en que pueda usarse como molde maestro. La fundición a la cera perdida es un uso adicional de las muestras que deben quemarse dentro de sus propios moldes de arcilla. Los patrones de cera y los moldes de ABS construidos mediante el proceso de tecnología FDM han demostrado ser adecuados para el proceso de fundición estándar de consumo de combustión en moldes de concha de arcilla.
Fabricación rápida (pequeña cantidad y variedad)
La creación rápida de prototipos ha estimulado el interés en la fabricación a corto plazo y es rentable para pedidos tan pequeños como una unidad. Estas aplicaciones requieren piezas de trabajo que cumplan con las especificaciones funcionales en muchas áreas. Si bien la precisión y las propiedades del material de la tecnología FDM están disponibles, es una de las pocas tecnologías dedicadas a esta aplicación. Si bien una pieza de trabajo FDM que aún no ha pasado por el procesamiento final puede limitarse a aplicaciones visuales y decorativas, no se impide que se utilice como componente interior o para fines que no requieran un atractivo artístico. Para aplicaciones de fabricación rápida, el tiempo de ejecución se convertirá en una consideración importante. Sin embargo, como atestiguarán varios usuarios, el tiempo de ejecución para una pequeña cantidad de piezas de trabajo es significativamente menor que el tiempo total requerido para producir el molde y el producto terminado.
Resumen
Obtener información sobre las fortalezas y debilidades de la tecnología de creación rápida de prototipos es el primer paso para tomar una decisión informada. Aunque la información actual es completa, no puede cubrir los requisitos de cada aplicación. Entonces el siguiente paso es evaluar los requisitos necesarios de la aplicación y continuar obteniendo información de otras fuentes. Recuerde, ninguna tecnología se adapta a todas las situaciones. Se debe seleccionar la herramienta más adecuada para el trabajo en cuestión.
fld-tech/doc/cul/c1.doc