Экструзия материала была изобретена и запатентована Скоттом Крампом в 1989 году и представлена на рынке как Fusion Modelling Modelling (FDM) Stratasys, соучредителем компании Mr. Crump. Stratasys популяризировал использование FDM в различных отраслях промышленности. Учитывая способность FDM аддитивно изготавливать прототипы, концептуальные модели, инструменты / приспособления / приспособления и многое другое из различных пластмасс, в то время Stratasys стал доминирующим игроком в системах экструзии материалов (так же, как 3D Systems в фотополимеризации , как обсуждалось прошлой статье). Фактически, FDM стало синонимом экструзии материала.
Когда срок действия основных патентов начал истекать, сообщество разработчиков доработало технологию экструзии материалов, что привело к появлению систем FFF (изготовление из плавленых нитей) и, в конечном итоге, RepRaps, 3D-принтеров. Эта революция породила сотни стартапов по экструзии материалов, в основном это MakerBot, который был приобретен Stratasys за более чем 400 миллионов долларов в 2013 году (ознакомьтесь с документальным фильмом «Напечатайте легенду», если хотите узнать всю историю). Хотя это приобретение разочаровало многих в сообществе разработчиков, новая волна революции AM была запущена и остается сильной по сей день благодаря новым стартапам и новым возможностям.
Как следует из названия, экструзия материала экструдирует материал через сопло (или отверстие) и выборочно осаждает материал слой за слоем, чтобы сформировать объект. Экструзия материала подобна выдавливанию зубной пасты из тюбика, за исключением того, что пластик затвердевает намного быстрее после экструзии и остывает. В большинстве систем экструзии материалов в качестве сырья используется катушка из пластиковой нити, которая стоит около 20 долларов за килограмм для стандартных материалов (PLA, ABS, PC и более). Запатентованные нити могут быть в два-три раза дороже, а современные материалы (нейлон, гибкие нити, нити, армированные углеродным волокном) могут легко стоить 40 долларов за килограмм или более. Сами системы могут стоить менее 1000 долларов за систему начального уровня для домашнего использования, или они могут варьироваться от 5000 до 10000 долларов за настольную систему для создания прототипов и инструментов и до 150 000 и более долларов за системы промышленного уровня.
Промышленные системы предлагают более высокие скорости сборки и большие объемы сборки. Некоторые крупные промышленные системы оснащены механизмами подачи пеллет, которые еще более значительно увеличивают скорость подачи материала. Пеллеты можно также купить оптом примерно за одну пятую стоимости нити, и легко добавить измельченное углеродное волокно, например, в устройства подачи пеллет для повышения прочности. Эта комбинация позволила компании Big Area Additive Manufacturing (BAAM), технологии экструзии материалов, разработанной Национальной Лабораторией Ок-Риджа и производителем станков Cincinnati Incorporated, которая может аддитивно изготавливать полномасштабное шасси автомобиля в считанные дни.
С тех пор они заявили о мировом рекорде Гиннеса за самый крупный твердотельный 3D-печатный объект, а именно, инструмент для отделки и сверления крыла для Boeing. Local Motors использует технологию BAAM для дополнительного изготовления шасси для Olli, небольшой пригородной шины, которая легко настраивается для различных муниципалитетов.
Несмотря на эти достижения, экструзия материалов имеет свои недостатки.
Во-первых, это намного медленнее, чем литье под давлением - на изготовление деталей могут уйти часы (а иногда и дни), а не секунды.С положительной стороны, экструзия материала не требует никаких форм или инструментов для изготовления детали. Вот почему кривые затрат для AM показывают плоскую линию для экструзии материала, так как объем производства увеличивается по сравнению с уменьшающимся наклоном при использовании литья под давлением. Таким образом, хороший вариант использования для экструзии материала возникает, когда объемы производства низкие, а затраты на оснастку высоки. Вот почему такие компании, как Airbus, Boeing, Lockheed Martin и другие, дополнительно производят сложные компоненты воздуховодов, используя ULTEM 9805, один из немногих сертифицированных FAA полимеров для экструзии материалов.
Между тем, механические цеха находят применение системам экструзии материалов для изготовления нестандартных приспособлений и приспособлений и повышения эффективности производства, а стоимость этих настольных систем настолько низка, что компании могут их сломаться за один-два месяца, и не иметь существенных убытков.
Другим большим недостатком экструзии материала является прочность детали.
Детали, изготовленные методом экструзии материала, не являются полностью плотными, и анизотропия возникает из-за послойного изготовления. Последнее происходит потому, что «прочность сварного шва» между слоями не так сильна, как прочность внутри слоя, из-за того, как полимеры приобретают прочность во время обработки.
Методы литья под давлением являются полностью плотными и не страдают от этой анизотропии, потому что вся деталь нагревается и находится под давлением в форме во время изготовления. Это приводит к более прочным деталям посредством литья под давлением, но усовершенствования процесса наряду с лучшим пониманием влияния различных параметров процесса постепенно сокращают этот разрыв. Между тем, достижения в этой технологии в сочетании с новым сырьем для материалов позволяют использовать углеродные волокна, кевлар и даже металлические частицы, которые могут быть встроены в нить накала и дополнительно изготовлены методом экструзии материала. Это меняет игру для экструзии материала.
