Menguasai FDM: Panduan Komprehensif Desain untuk Manufaktur

Daftar periksa terilustrasi ini akan membantu tim memahami dasar-dasar merancang untuk kemanufacturan (DFM) dengan fused deposition modeling (FDM).

Pendahuluan

Apa itu FDM?

Fused deposition modeling (FDM) adalah salah satu bentuk manufaktur aditif yang paling umum dan apa yang sebagian besar orang pikirkan ketika mendengar “cetak 3D.”

Fused Deposition Modeling Design for Manufacturing Guide Bagaimana FDM bekerja? Selama proses ini, mesin FDM mengeksfil filamen termoplastik yang dipanaskan melalui nozzle, membangun komponen satu lapis horizontal pada satu waktu. Keuntungan signifikan dari proses ini adalah seberapa cepat mesin dapat menghasilkan bagian dibandingkan teknologi lama. Karena waktu putaran dapat singkat hingga 24 jam, FDM adalah proses yang berguna untuk membuat prototipe cepat yang terjangkau dan bahkan beberapa bagian fungsional.

Kemudahan cetak FDM dan keterjangkauan bahan FDM telah mengarah pada popularitas teknologi ini di kalangan pengguna profesional dan hobi, yang dapat menggunakan teknologi untuk menciptakan segalanya dari mainan hingga makanan hingga kotak elektronik. Inovasi proses untuk FDM masih berlangsung, dengan kemampuan baru yang sekarang termasuk pencetakan non-planar, pencetakan komposit, dan pencetakan multi-bahan.

Merancang untuk kemanufacturan penting untuk semua desainer dan tim produk, terlepas dari teknologi manufaktur. Desain bagian tidak hanya perlu memenuhi persyaratan fungsional dan bahan yang diharapkan dari prototipe atau bagian akhir, tetapi juga perlu mempertimbangkan proses manufaktur itu sendiri.

Panduan ini mencakup lima tips untuk memastikan bagian cetakan FDM Anda berkualitas tinggi dan efisien untuk diproduksi. Memeriksa kembali desain Anda terhadap daftar ini sebelum menyampaikannya untuk manufaktur dapat membantu meningkatkan bagian Anda, menghemat waktu dan sumber daya, dan mempercepat waktu produksi.

1. Apakah desain Anda mempertimbangkan perilaku anisotropik?

Karena cara printer FDM mengeksfil garis bahan termoplastik satu lapis pada satu waktu, proses ini secara inheren anisotropik, yang berarti properti mekanis bulk bagian bervariasi sepanjang arah yang berbeda. Ini berasal dari fakta bahwa kekuatan ikatan antara lapis berbeda dari kekuatan dalam bidang. Bagian cetakan FDM menawarkan kekuatan tarik tertinggi sejajar dengan jalur kepala cetak (dalam bidang X-Y, atau irisan). Kekuatan ikatan antara lapis akan mempengaruhi kekuatan tarik arah Z, yang biasanya akan lebih rendah dari kekuatan tarik dalam bidang X-Y.

FDM tidak direkomendasikan untuk memproduksi komponen mekanis kritis, karena termoplastik rentan terhadap creep bahan jika diletakkan di bawah stres tinggi untuk waktu yang lama. Orientasi dan geometri pembangunan bagian dapat dimodifikasi untuk memperhitungkan atau mengurangi hal ini. Demikian pula, memasukkan biah dan sudut bundar ke dalam bagian dan perkakas Anda akan meningkatkan umur panjang dan mengurangi konsentrasi stres.

2. Apakah harapan toleransi Anda wajar?

Tim produk harus tahu bahwa proses FDM tidak dapat mencapai toleransi yang sangat ketat.

Sebagian besar mesin FDM industri dapat memberikan akurasi dimensi ± 0,15% (batas bawah ± 0,2mm) dan printer desktop dapat mencapai toleransi ± 0,5% (batas bawah ± 0,5mm). Namun, karena FDM melibatkan sejumlah besar panas, faktor lain seperti geometri akan mempengaruhi akurasi bagian cetak saat mendingin. Jika bagian memerlukan permukaan kritis atau lubang toleransi tinggi dengan akurasi yang lebih besar dari yang dapat dicapai printer FDM secara langsung, maka pertimbangkan operasi pemrosesan pasca atau menambahkan komponen seperti bus dan ulir sisipan. Seringkali, masalah toleransi FDM dapat diminimalkan melalui pemrosesan pasca lebih lanjut.

Saat berkaitan dengan ukuran teks, ukuran minimum yang disarankan untuk teks dalam bidang adalah 6mm bold, tetapi nilai aktual akan bervariasi menurut printer. Teks pada dinding vertikal dapat kecil hingga 3,5mm bold.

Jika bagian Anda memiliki celah tipis, mereka harus mempertahankan lebar minimum 5mm untuk menjamin bahwa bahan pendukung dapat dengan mudah dihilangkan. Mengorientasikan pembangunan bagian sehingga celah tegak lurus dengan bidang X-Y membantu memastikan finishing permukaan yang baik dipertahankan.

3. Apakah Anda mempertimbangkan ketebalan dinding, ukuran lubang, dan overhang?

Ketebalan dinding optimum untuk bagian Anda akan ditentukan oleh ukuran filamen. Secara umum, fitur yang tebal dua kali ketebalan filamen atau lebih tipis tidak dicetak dengan baik. Untuk dinding, empat kali ketebalan filamen cukup.

Profil dalam bidang yang tertutup cenderung dicetak sangat baik dengan FDM karena loop tertutup memungkinkan pencetakan yang cepat dan mulus. Contohnya adalah vas, gelas, dan tabung, bukan bagian kompleks dengan sisi yang tidak terhubung dan fitur tajam. Meskipun tidak perlu untuk mendapatkan bagian yang bagus, merancang dengan hal ini dapat membantu memastikan pencetakan FDM yang berhasil.

Lubang yang dibuat melalui pencetakan FDM harus memiliki diameter tidak lebih kecil dari 1mm untuk memastikan fitur terselesaikan dengan baik. Seperti dengan celah, mengorientasikan lubang untuk dicetak tegak lurus dengan bidang X-Y dapat meningkatkan kualitas fitur. Membor atau menyalin lubang selama pemrosesan pasca adalah metode lain untuk memastikan akurasi.

Karena FDM membangun bagian lapis demi lapis, jika overhang dalam bagian cukup besar, tidak akan cukup dukungan untuk menahan bahan baru di atas plate pembangunan. Bahan ini harus didukung dalam perangkat lunak pencetakan dengan geometri dukungan pengorbanan atau bagian harus dimodifikasi untuk menghilangkan overhang.

4. Apakah desain Anda cenderung meredup?

Redupan terjadi selama proses pendinginan ketika berbagai bagian dari potongan mengeras dan menyusut dengan kecepatan yang berbeda, menciptakan stres internal yang menarik bahan dengan cara yang tidak seragam. Sementara redup bukan masalah untuk semua bagian cetakan FDM, beberapa fitur desain seperti dinding vertikal, bagian tipis, atau fitur dengan aspek rasio tinggi dapat meningkatkan kemungkinan bagian mengalami redup selama proses pendinginan.

Redup dapat dihindari dengan:

• Menambahkan tulang pada dinding vertikal
• Menambahkan radius pada sudut tajam
• Menambahkan dukungan tambahan pada tepi fitur tipis atau yang melengkung
• Menghindari bagian dengan rasio aspek tinggi (rasio panjang-lebar/ketebalan)

5. Apakah Anda mempertimbangkan pembagian bagian untuk pemecahan masalah di luar kotak?

Pembagian bagian secara sederhana berarti membagi file CAD bagian Anda menjadi komponen kecil yang dicetak terpisah. Pembagian bagian memungkinkan pembangunan dan pemasangan bagian yang terlalu besar untuk volume pembangunan printer atau untuk mengurangi kebutuhan akan struktur dukungan. Mencetak fitur rapuh secara terpisah juga dapat memungkinkan Anda menggunakan orientasi pembangunan yang lebih cocok, sehingga menghasilkan bagian yang lebih kuat dan unggul. Pembagian bagian memerlukan beberapa keahlian dan hati-hati, meskipun, karena setiap kali bagian dipotong menjadi potongan.

Memulai dengan Ahli DFM

FDM dapat menjadi metode yang sangat efisien dan terjangkau untuk memproduksi prototipe dan bagian termoplastik. Dengan waktu produksi singkat, ketersediaan teknologi pencetakan, dan kompatibilitas bahan yang luas, tidak heran jika hobiwan dan profesional alike ingin memanfaatkan manfaat FDM.

Saat Anda bermitra dengan produsen berpengalaman seperti Fast Radius, Anda dapat yakin bahwa setiap pertimbangan ini — dan banyak lagi — akan dipertimbangkan. Tim insinyur dan manajer produk kami memanfaatkan teknologi desain digital canggih dan puluhan tahun pengalaman untuk memastikan setiap bagian yang kami produksi adalah bagian terbaik untuk pekerjaan. Tidak hanya itu, tim kami bekerja sama dengan pelanggan selama setiap langkah, dari desain hingga pemenuhan, untuk memastikan setiap bagian dioptimalkan untuk penggunaan akhir dan kemanufacturan.

Hubungi kami hari ini untuk mempelajari lebih lanjut bagaimana kami dapat mengubah ide Anda menjadi kenyataan.

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang manufaktur aditif, pemesinan CNC, dan proses produksi lainnya kami, kunjungi pusat sumber daya Fast Radius.

Unduh panduan desain untuk manufaktur fused deposition modeling (FDM).

Siap membuat bagian Anda dengan Fast Radius?