FFF/FDM nyomtás és alapanyagok

FFF (Fused Filament Fabrication)  más néven FDM (Fused Deposition Modeling) nyomtatás:

A 3D nyomtatás egy olyan folyamat, amellyel háromdimenziós tárgyakat készíthetünk. Ipari és hobbicélokra egyaránt használják, de egyre nagyobb teret hódít az orvosi alkalmazásában is. A 3D nyomtatás egy additív folyamat, azaz rétegről rétegre épülnek fel a tárgyak.

A nyomtatást egy számítógépes tervezés előzi meg, A tervezőszoftverekkel vagy háromdimenziós szkennerrel létrehozott tárgyakat ezután úgynevezett szeletelőszoftverrel (slicer) kódolják át olyan fájlformátummá amit az adott 3D nyomtató fel tud dolgozni. Ehhez az esetek többségében G-Code formátumot használnak, ami tartalmazza a nyomtató tengelyek által bejárható X, Y és Z tengely menti pályavonalakat, továbbá tartalmazza az extrudálási információkat, mint sebességet, hőmérsékletet és extrudálási mennyiségeket stb..

Talán a legolcsóbb és legelterjedtebb eljárás a szálhúzásos FFF(FDM) 3D nyomtatás. Ez a technológia egy műanyagszálat olvaszt meg és extrudál  ki rétegről rétegre a már korábban generált G-Code alapján. Ennek az eljárásnak a legismertebb két alapanyaga a PLA és az ABS, de a technológia fejlődésével előre haladva a filament gyártok egyre több típusú alapanyagot kínálnak különböző igényeket kielégítve. Ezeket az alapanyago filamenteknek nevezzük, melyek  tekercselve kaphatók különböző kiszerelésekben és átmérőkben. (legelterjedtebb átmérők 1,75mm és a 2,80mm)

Az FFF(FDM)  nyomtatók között különbségek vannak, hogy a nyomtatótálca és a nyomtató kamra fűthető-e, illetve a nyomtató tálca alapanyagai között, melyek a tárgyak tapadását illetve zsugorodását befolyásolják. Továbbá a nyomtatás sikereségében is nagy szerepet játszanak beállított környezeti és hardver hőmérsékletek.

Az FFF(FDM) 3D nyomtatók extrudáló fejének fontos része a hotend, ez az összetett szerkezet fontos szerepet tölt be a nyomtatandó tárgy minőségében és a nyomtatás sikerességében. A hotend felforrósítja és megolvasztja az alapanyagot és különböző méretű úgynevezett fúvókán kipréseli azt. A kipréselt alapanyag rétegről rétegre rakódik egymásra mígnem a tárgy elkészül. A különböző méretű  fúvókák különböző kompromisszumokat biztosítanak. 0,2…0,4…0,8…1,2mm stb.  lyukméretű fúvóka  más-más célra alkalmasak. Minél kisebb egy fúvóka átmérője annál részletesebb lehet a kész tárgy, de lassabban készül el, míg egy nagyobb átmérőjű fúvókával gyorsabban lehet elkészíteni a modellt de a részletek elveszhetnek. (pl. egy funkcionális tárgy nyomtatása esetében nem elsődleges szempont a megjelenés minősége.)

Az FFF technológia ismertebb alapanyagai:

 - PLA (politejsav):  bioműanyag, mely  egy lebomló anyag, könnyű nyomtatni, viszont alacsony hőmérsékleten lágyul (55-Celsius fokon), rideg, könnyen törik, műszaki alkalmazásra nem ajánlott. Főként prezentációs- és dísztárgyak nyomtatására alkalmazható.ű

- ABS: Nyomtatása nehezebb mint a PLA alapanyagé mert nyomtatás közben vetemedésre erősen hajlamos. Nagy szilárdság, jó szívósság és jó hőállóság(80 °C.) és hidegállóág (-40°C) valamint karcállóság jellemzi. Jól galvanizálható, nedvességre nem érzékeny, időjárás állósága gyenge. Vegyszerállósága gyenge közepes. A felület acetonnal kezelhető, fényesíthető. Alkalmazása járműiparban az utastér alkatrészei, bútoralkatrészek, háztartási eszközök, játékok.  Az ABS nyomtatás közben elég kellemetlen szagú anyag.

- ASA: az ABS-hez hasonló tulajdonságokkal rendelkező terpolimer. UV és időjárás álló anyag. Jó hő- és hidegállóság (-4°C - +90°C) jellemzi. Továbbá nagyfokú ütésállósággal és vegyi anyagokkal szembeni ellenálósággal rendelkezik. ASA anyagból készült alkatrészeket az elektromos készülékekben, építőiparban, sporteszközökben, továbbá gépjárművek külső részein használják.

- PET-G: Rendkívül szívós anyag, mely ötvözi az ABS és a PLA jó tulajdonságait. Erős tárgyakat lehet készíteni belőle, Nyomtatás közben nem vetemedik, szagtalan, alacsony tárgyasztalhőmérséklet mellett is nyomtatható. Hőállósága akár a 120-130 °C fokot is elérheti. Az ABS-nél könnyebben karcolható. A glikolmentes verziójából (PET) készülnek többek között az üdítőitalos palackok.

- PC (Polikarbonát): Rendkívül nagy ütésállósága kb.  -40°C fok alatt erősen csökken. Hőállósága nagyon jó elérheti akár a 120°C fokot is. Nedvességre nem érzékeny, de a 60°C fok feletti forró víz már megtámadhatja. Vegyszerállósága, kopás és karcállósága gyenge. Időjárás állósága közepes. Alkalmazása elektromechanikai alkatrészek, lámpabúrák, készülékfedelek, utastér alkatrészek, cumisüvegek, sisakok, sporteszközök, bútorok.

- TPU: Rendkívül rugalmas, gumi szerű anyag mely a 3D nyomtatásban új területeket nyit meg , mint például cipő és ruha tervezésben, alkatrészek készítésében… stb. Viszonylag nagy terhelésnek ellenálló anyag. Ilyen anyagból készülnek például a telefontokok nagy része is. Különböző Shore keménységi fokokban kapható a TPU filament attól függően, hogy milyen felhasználásra készül a 3D nyomtatott tárgy.