DECLARAȚIE PRIVIND ORIGINALITATE ȘI RESPECTAREA DREPTURILOR DE AUTOR Prin prezenta declar că Lucrarea de licență cu titlul “ Studiu tehnico -economic… [607771]

UNIVERSITATEA DE MEDICIN Ă, FARMACIE, ȘTIIN ȚE ȘI TEHNOLOGIE DIN
TÂRGU MURE Ș
FACULTATEA DE INGINERIE ECONOMIC Ă
INDUSTRIAL Ă

LUCRARE DE LICEN ȚĂ

Coordonator științific

Absolvent: [anonimizat]
2019

UNIVERSITATEA DE MEDICINĂ, FARMACIE, ȘTIINȚE ȘI TEHNOLOGIE
DIN TÂRGU MUREȘ
FACULTATEA DE INGINERIE ECONOMICĂ INDUSTRIALĂ

Studiu tehnico -economic
privind constructia unei
imprimante 3D tehnologie
FDM

Coordonator științific

Absolvent: [anonimizat]
2019

DECLARAȚIE PRIVIND ORIGINALITATE ȘI RESPECTAREA
DREPTURILOR DE AUTOR

Prin prezenta declar că Lucrarea de licență cu titlul “ Studiu tehnico -economic privind constructia
unei imprimante 3D tehnologie FDM ” este scrisă de mine și nu a mai fost prezentată niciodată la o
altă facultate sau instituție de învățământ superior din țară sau străinătate. De asemenea, declar că
toate sursele utilizate, inclusiv cele preluate de pe Internet, sunt indicate în lucrare, cu respectarea
regulilor de evitare a plagiatului:
 toate fragmentele de text reproduse exact, chiar și în traducere proprie din altă limbă, sunt
scrise între ghilimele și dețin referința precisă a sursei;
 reformularea în cuvinte proprii a textelor scris e de către alți autori deține referința precisă;
 rezumarea ideilor altor autori precizează referința precisă la textul original.

Targu Mures 06.06.2019

Absolvent: [anonimizat]
_________________________

Contents
1 Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 5
2 Printarea 3D ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 7
2.1 Tehnologii de printare 3D ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 7
2.1.1 FDM – FUSED DEPOSITION MODELING – MODELARE PRIN EXTRUDARE .. 7
2.1.2 SLA – STEREOLITHOGRAPHY – STEREOLITOGRAFIE ………………………….. …… 8
2.1.3 DLP – DIGITAL -LIGHT PROCESSING – EXPUNEREA DIGITALA A LUMINII . 8
2.1.4 SLS – SELECTIVE LASER SINTERING – SINTERIZARE LASER SELECTIVA .. 9
2.1.5 SLM (DMLS) – SELECTIVE LASER MELTING – SINTERIZARE DIRECTA
(TOPIRE) LASER A METALELOR ………………………….. ………………………….. ……………………… 9
2.1.6 3DP / 3D INKJET PRINTING – PRINTARE INKJET TRIDIMENSIONALA …….. 10
2.1.7 LOM – LAMI NATED OBJECT MANUFACTURING – FABRICAREA
STRATIFICATA PRIN LAMINARE ………………………….. ………………………….. …………………… 10
2.1.8 PJP – POLYJET PRINTING – PRINTARE POLYJET CU FOTOPOLIMERI ……… 11
2.2 Subtitlu – ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 12
2.3 Subtitlu – ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 12
2.3.1 Subsubtitlu – ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 12

1 Introducere
Cu doar cativa ani in urma gandul ca poate exista o tehnologie capabila sa realizeze proiectele noastre
in mod aproape instantaneu , reprezenta o fictiune stiintifica, insa din fericire am fost contrazisi de
ralitate. Se poate afirma ca acest tip de tehnologie actualmente este foarte raspandit nu doar in
domeniul industrial ci si in cel amatorial datorita costurilor tot mai reduse. Totusi este clar ca pentru
a obtine rezultate de calitate este necesare o investitie initiala destul de i mportanta. Nu trebuie uitat ca
aceasta tehnologie ne ofera oportunitatea de a crea un obiect pornind de la un simplu desen. Pe piata
exista diferite teh nologii. O intrebare legitima ar putea fi „Ce putem realiza cu o imprimanta 3D?” iar
raspunsul este „tot ce dorim” . Imprimantele 3D au patruns in multe domenii precum cel aerospatial ,
cel medicinal , cel constructiilor si asa mai departe. Limita in acest caz este fantezia noastra. Domeniul
principal este prototipare, ingineri,arhitecti, designeri se foloses c de aceste imprimante datorita vitezei
si practicitatii pentru a pune in practica munca lor. Principalele doua tehnologii folisite in printarea
3D sunt: Selective Laser Sintering si Fused Deposition Model . Vorbind de o tehnolgie noua
probabilita ca aceast a se se schimbe in viitorul apropriat este mare. La nivel international companiile
cele mai importante care realizeaza imprimante 3D sunt Stratasys si Materialise iar la nivel national
si local avem Nutechnologies si 3D Creativity. Datele analizate de catr e Context ne arata ca in
urmatorii 5 ani productia de imprimante 3D va creste cu 42%.

Fig. 1 Compound annual growth rate

Ca urmare , se poate afirma ca printarea 3D va pantrunde in viata nostra de zi cu zi asa cum a fost
pentru calculatoare in trecut si internet in prezent, ti se sparge un bibelou? Nici o problema , in 2
minute il facem la loc. In urmatoarele capitole voi analiza in detaliu toate aspectele acestei tehnologii,
de la costuri pana la avantaje si d

2 Printarea 3D
Exist a o explozie de interes pentru publicul larg pentru domeniul printarii 3D.
Printarea 3D este cunoscuta si sub alte denumiri, mai mult sau mai putin similare, precum fabricatie
aditiva AM (additive manufacturing), fabricare rapida RM (rapid manufacturing) sau prototipare
rapida RP (rapid prototyping). Alte denumiri mai putin uzuale sunt fabricare digitala (digital
manufacturing), fabricare digitala (digital fabrication), fabricare in straturi (layered manufacturing)
sau fabricare DMF (desktop manufacturing) .
Avand in vedere multitudinea de termeni tehnici, destul de noi pentru multi din utilizatorii romani,
vom folosi in continuare atat terminologia engleza (utilizata de cunoascatori) cat si denumirile in
romana, negeneralizate (inca).
2.1 Tehnologii de printar e 3D
 FDM – Fused Deposition Modeling – Modelare prin Extrudare Termoplastica
 SLA – Stereolithography – Stereolitografie
 DLP – Digital Light Processing – Expunerea digitala a luminii
 SLS – Selective Laser Sintering Sinterizare Laser Selectiva
 SLM – Selectiv e Laser Melting / Direct Metal Laser Sintering – Sinterizare (Topire) Laser a
Metalelor
 3DP – Printare inkjet tridimensionala
 LOM – Laminated Object Manufacturing – Fabricare Stratificata prin Laminare
 PJP – PolyJet Printing – Printare PolyJet cu Fotopolim eri
2.1.1 FDM – FUSED DEPOSITION MODELING – MODELARE PRIN EXTRUDARE
Tehnologia de prototipare rapida FDM (Fused Deposition Modeling), in traducere Modelare prin
Extrudare Termoplastica (depunere de material topit) este cea mai utilizata tehnologie de fabricare
aditivata datorita simplitatii si a accesibilitatii acesteia. Este utilizata in modelare, prototipare dar si in
aplicatii de productie. Alte denumiri utilizate sunt: MEM (Melting Extrusion Modeling), extrudare
termoplastica TPE (Thermoplastic Extrusion), F FF (Fused Filament Fabrication).
Cu ajutorul unei aplicatii software dedicate, modelul 3D dorit este feliat initial in sectiuni transversale
numite straturi (layere). Tehnologia de printare consta in trecerea unui filament din material plastic
printr -un ex trudor ce il incalzeste pana la punctul de topire, aplicandu -l apoi uniform (prin extrudare)
strat peste strat, cu mare acuratete pentru a printa fizic modelul 3D conform fisierului CAD.
Capul (extrudorul) este incalzit pentru a topi filamentul plastic, de plasandu -se atat pe orizontala cat si
pe verticala sub coordonarea unui mecanism de comanda numerica, controlat direct de aplicatia CAM
a imprimantei. In deplasare, capul depune un sir subțire de plastic extrudat care la racire se intareste
imediat, lipind u-se de stratul precedent pentru a forma modelul 3D dorit.
Pentru a preveni deformarea pieselor cauzata de racirea brusca a plasticului, unele modele
profesionale de printere 3D includ o camera inchisa de constructie, incalzita la temperatura ridicata.
Pentru geometrii
complexe sau modele in consola, tehnologia FDM necesita printarea cu material suport care va trebui
ulterior indepartat manual.

In ultimii ani, expirarea patentelor din domeniul tehnologiei FDM a dus la aparitia a zeci de (mici)
producatori d e imprimante 3D mici de tip hobby, destul de ieftine. Online pot fi gasite kituri de
asamblare ieftine (de la 500 -600 EUR incluzand sau nu transport si TVA) iar imprimantele 3D
complet asamblate si functionale pornesc de la ~1000EUR (transport inclus).
Cu toate acestea, un printer 3D profesional cu aplicabilitate in industrie poate depasi 30.000 EUR.
2.1.2 SLA – STEREOLITHOGRAPHY – STEREOLITOGRAFIE
Stereolitografia (SLA sau SL) este o tehnologie de prototipare rapida utilizata la scara larga in mediul
industrial pentru realizarea matritelor, modelelor si chiar a componentelor functionale. Cunoscuta si
sub numele de foto -solidificare sau fabricare optica, stereolitografia implica utilizarea unui fascicul
laser cu lumina ultravioleta pentru solidificarea unei rasini fotopolimerice lichide aflata in cuva de
constructie a imprimantei. Sub actiunea luminii laser ultraviolete acesta rasina curabila (sensibila la
lumina ultravioleta) se solidifica in straturi succesive obtinandu -se astfel modelul solid 3D.
Modelul 3D dori t este feliat initial in sectiuni transversale pe care fasciculul laser o traseaza pe
suprafata rasinei lichide. Expunerea la lumina laser ultravioleta solidifica modelul trasat pe rasina
lichida rezultand un strat solid construit (printat 3D) care se adau ga la stratul precedent construit.
Dupa finalizarea constructiei, modelul 3D obtinut este imersat intr -o baie chimica separata, pentru
indepartarea excesului de rasina dupa care este tratat intr -un cuptor cu radiatii ultraviolete pentru
intarirea finala.
Pentru printarea de geometrii complexe stereolitografia necesita crearea unor structuri de sprijin din
pentru sustinerea geometriei. Aceste structuri sunt generate automat în timpul pregatirii 3D pe
calculator de aplicatia software a printerului 3D. Ulterio r finalizarii constructiei, suporturile vor trebui
îndepartate manual. Rasina ramasa in cuva de constructie poate fi reutilizata la printarile ulterioare.
Tehnologia aplicata este destul de scumpa, lucru ce duce la costuri destul de mari pentru printerele de
tip SLA (pornind de la 40 -50000EUR).
2.1.3 DLP – DIGITAL -LIGHT PROCESSING – EXPUNEREA DIGITALA A LUMINII
Tehnologia de printare DLP (Digital Light Processing) reprezinta un proces de fabricare aditiva bazat
pe utilizarea luminii UV pentru solidificarea unor r asini polimerice lichide. Dezvoltata de Texas
Instruments, tehnologia DLP are ca element principal cipul DMD (Digital Micromirror Device) – o
matrice de micro -oglinzi folosite pentru modularea spatiala rapida a luminii.
Initial, modelul 3D CAD este convert it de aplicatia software a printerului 3D in sectiuni transversale
(felii) ale obiectului, apoi infomatiile sunt trimise catre imprimanta si cipul DMD.
Pentru fiecare sectiune transversala a modelului 3D CAD, lumina UV emisa de un proiector este
modulata s i proiectata prin intermediul cipului pe suprafata rasinii polimerice aflata in cuva de
constructie. Fiecare micro -oglinda individuala a cipului DMD proiecteaza pixeli din sectiunea
transversala a modelului 3D. Sub actiunea luminii UV, rasina lichida fotor eactiva (sensibila la lumina
ultravioleta) se solidifica in straturi succesive.
Deoarece intreaga sectiune transversala este proiectata intr -un singura expunere, viteza de constructie
a unui layer (sectiune) este constanta indiferent de complexitatea geome triei. Indiferent ca se printeaza
o piesa simpla sau simultan 10 piese complexe, viteza de printare ramane constanta.

Obiectele 3D de geometrii mai complexe sunt printate cu ajutorul materialelor suport care sunt ulterior
indepartate. Rasina ramasa in cuva de constructie poate fi reutilizata la printarile ulterioare. Anumite
materiale de printare pot necesita procese ulterioare de intarire in cuptoare UV.
Costurile tehnologiei DLP sunt superioare fata de FDM, si pornesc de la 15 -20.000EUR pentru
printere cu volume mici de constructie.
2.1.4 SLS – SELECTIVE LASER SINTERING – SINTERIZARE LASER SELECTIVA
Tehnologia de prototipare rapida SLS (Selective Laser Sintering), tradusa prin Sinterizare Laser
Selectiva, a fost patentata la sfarsitul anilor 1980 si este apropia ta de SLA. Pe langa denumirea SLS
se foloseste pe scara larga si denumirea generica LS (Laser Sintering), sau Sinterizare Laser.
Tehnologia SLS implica folosirea unui fascicul laser de mare putere (ex. un laser CO2) pentru topirea
(sinterizarea) unor pulbe ri in straturi succesive obtinandu -se astfel modelul 3D dorit.
Modelul 3D dorit este convertit initial in sectiuni transversale (felii) ale obiectului si trimise apoi
printerului. Pe baza informatiilor primite, fasciculul mobil al laserului topeste (sinter izeaza) selectiv
stratul de pulbere aflat pe platforma de constructie din interiorul cuvei, conform fiecarei sectiuni
transversale.
Dupa finalizarea sectiunii, platforma pe care sunt construite modelele 3D este coborata inauntrul cuvei
cat sa poata fi real izata urmatoarea sectiune transversala. Se aplica un nou strat de pulbere care este
apoi uniformizata dupa care procesul se repeta pana la finalizarea intregului model 3D conform
fisierului CAD.
In timpul printarii, modelul 3D este in permanenta incadrat i n pulberea de constructie, ceea ce permite
printarea unor geometrii extrem de complexe fara material suport. Pulberea ramasa in cuva de
constructie poate fi reutilizata la printarile ulterioare.
Obiectele 3D obtinute prin sinterizarea laser sunt poroase si nu necesita finisare ulterioara decat daca
se doreste intarirea acestora prin infiltrare
Tehnologia sinterizarii laser implica componente scumpe ceea ce duce la costuri ridicate ale
printerelelor de tip SLS (peste 90.000EUR).
2.1.5 SLM (DMLS) – SELECTIVE LASER MELTING – SINTERIZARE DIRECTA
(TOPIRE) LASER A METALELOR
Tehnologia SLM (Selective Laser Melting) sau Sinterizarea (Topirea) Laser a Metalelor, este o
subramura a tehnologiei SLS cu un procedeu de fabricatie aditiva similar. Tehnologia mai poarta
numele de DMLS (Direct Metal Laser Sintering) sau LaserCusing.
Spre deosebire de Sinterizarea Laser Selectiva, tehnologia SLM utilizeaza pulberi metalice drept
material de constructie care sunt topite si sudate impreuna cu ajutorul unui laser de mare putere.
Stratu rile subtiri de pulbere metalica atomizata sunt succesiv topite si solidificate la nivel microscopic
in interiorul unei camere de constructie inchisa ce contine gaz inert (argon sau azot) in cantitati
controlate strict, la un anumit nivelul de oxigen. Dupa terminare, piesa 3D este scoasa din camera de
constructie si supusa unui tratament termic si de finisare in functie de aplicatie.

Cu o utilizare industriala specializata, tehnologia SLM Selective Laser Melting poate fi incadrata mai
degraba in domeniul pr ototiparii rapide dacat in cel al printarii 3D. Echipamentele sunt extrem de
scumpe depasing in general 100.000EUR.
2.1.6 3DP / 3D INKJET PRINTING – PRINTARE INKJET TRIDIMENSIONALA
Tehnologia de printare tridimensionala 3DP (Three -Dimensional Printing) mai poart a si numele de
3D inkjet printing sau Plaster -based 3D printing (PP). Printarea tridimensionala a fost printre primele
tehnologii 3D patrunse in Romania si reprezinta inca tehnologia favorita in domenii precum
arhitectura si designul. Pana la aparitia tehn ologiei LOM cu hartie, 3DP era singura tehnologie care
permitea printarea 3D color.
Printarea tridimensionala 3DP implica utilizarea tehnologiei de printare injket pentru solidificarea
unei pulberi introdusa camera de constructie (fabricare) a imprimantei prin lipirea particulelor cu
ajutorul unui material liant.
Initial, modelul 3D CAD este convertit in sectiuni transversale (felii) ale obiectului si trimise apoi
imprimantei. Un strat subtire de pulbere este introdus in platforma de constructie dupa care e ste intins,
distribuit si compresat uniform cu ajutorul unei role speciale. Capul de printare aplica apoi jetul de
material liant urmand structura (felia) proiectata a modelului 3D si rezultand astfel un layer al
obiectului 3D din pulbere solidificata cu l iant. Odata ce un layer este finalizat, platforma de constructie
coboara cu exact grosimea unui layer, dupa care procesul de printare este reluat.
Prin repetarea operatiunii se vor construi layere succesive, unul deasupra celuilalt, pana la realizarea
piesei finale. Pe masura ce procesul avanseaza, piesa este cufundata in pulbere, ceea ce constituie un
suport natural pentru geometriile mai complexe.
Dupa finalizare si scoatere din camera de constructie, piesa finala se introduce intr -o cuva pentru
indeparta rea prin suflare a pulberii ramase in diversele cavitati si goluri. In cursul printarii liantului
pot fi adaugate si culori, rezultand obiecte 3D color cu aplicabilitate in multe domenii.
In cazul pulberilor de amidon sau ipsos, piesele 3D printate sunt de obicei infiltrate cu material de
etanșare sau cu intariotir pentru imbunatatirea duritatii si calitatii suprafetei. Pulberea ramasa in
camera de constructie poate fi reutilizata la printarile ulterioare.
Costul echipamentelor bazate pe tehnologia 3DP / 3D inkjet printing incepe de la aproximativ
20000EUR insa pentru echipamentele industriale (pulberi PMMA si volume mari de constructie)
poate depasi 150.000EUR.
2.1.7 LOM – LAMINATED OBJECT MANUFACTURING – FABRICAREA
STRATIFICATA PRIN LAMINARE
Tehnologia LOM (Lami nated Object Manufacturing) sau Fabricarea Stratificata prin Laminare este o
tehnologie mai putin cunoscuta, cu toate ca primul sistem de fabricare LOM a fost dezvoltat inca din
1991 de compania Helisys Inc.
Tehnologia LOM permite fabricarea stratificata a obiectului 3D din straturi de hartie sau plastic care
sunt lipite impreuna, unul peste altul, si decupate cu ajutorul unui cutit sau al unui laser. Materialul de
printare folosit poate fi furnizat atat in rola (plastic) cat si in foi sau coli (hartie).
Initial, modelul 3D CAD este convertit in sectiuni transversale (felii) ale obiectului si trimise apoi
imprimantei. Cu ajutorul unei surse laser sau unui cutit, printerul decupeaza din foaia de material solid

straturile care vor compune piesa 3D. Restul de m aterialul nefolosit in urma decuparii este caroiat
marunt de cutit (sau sursa laser) pentru ca la sfarsitul procesului sa poata fi indepartat manual. Stratul
finalizat este lipit de stratul anterior cu ajutorul unui adeziv aplicat pe partea inferioara a fo ii.
Tot timpul constructiei, piesa 3D este incadrata (impachetata) in materialul de constructie ceea ce
permite printarea unor geometrii complicate fara material suport. La finalul procesului, piesa 3D apare
impachetata in materialul in exces care va fi in departat manual. Restul de material este aruncat
neputand fi utilizat la printari ulterioare.
O tehnologie noua denumita 3D paper printing, imbina printarea inkjet cu tehnologia LOM. Sectiunile
transversale din hartie sunt intai printate color utilizand te hnologia inkjet obisnuita si apoi decupate
in layere , rezultand un model 3D cu rezolutie full -color.
Costul echipamentelor ce utilizeaza aceasta tehnologie este de 10 -25000EUR fara TVA insa ele au
marele avantaj al utilizarii unor consumabilele extrem de ieftine (hartia obisnuita).
2.1.8 PJP – POLYJET PRINTING – PRINTARE POLYJET CU FOTOPOLIMERI
Tehnologia de printare 3D PJP (PolyJet Printing), intalnita si sub numele de Jetted Photopolymer, sau
sub denumirea de MultiJet Printing (MJP)este o alta tehologie de fab ricare aditiva, similara oarecum
cu stereolitografia (SLA) deoarece utilizeaza tot foto -solidificarea unui fotopolimer lichid. Tehnologia
PolyJet este insa similara si cu tehnologia de printare inkjet obisnuita. Spre deosebire de imprimantele
de birou care spreiaza un jet de cerneala, printerele 3D PolyJet emit un jet de fotopolimeri lichizi care
sunt ulterior intariti la lumina UV.
Modelul 3D CAD este initial convertit in sectiuni transversale (felii) ale obiectului si transmise apoi
imprimantei. Capul de printare spreiaza un jet de fotopolimeri lichizi cu care proiecteaza o sectiune
transfersala extrem de subtire pe platforma de constructie. Aceasta sectiune este apoi intarita cu
ajutorul luminii UV, dupa care procesul se repeta strat dupa strat creand mod elul 3D final. Modelele
complet intarite pot fi manipulate si utilizate imediat, fără operatii suplimentare de post -procesare.
In cazul geometriilor complicate sau al consolelor, imprimanta utilizeaza un material suport de
consistenta similara gelului, ca sustinere a geometriei. Acesta poate fi ulterior indepărtat manual cu
ajutorul unui jet de apa.
Printerele pot avea 2 sau mai multe capete de printare, unul pentru fotopolimerul de constructie si
celalat pentru materialul solubil (gel). Utilizand capete mu ltiple, tehnologia PolyJet permite inclusiv
printarea cu 2 materiale diferite in cadrul aceluiasi proces de constructie. Se pot astfel obtine
prototipuri printate din diverse materiale cu diverse proprietati fizice
Costul echipamentelor ce utilizeaza aceas ta tehnologia PolyJet porneste de la circa 18000EUR fara
TVA pentru modelele desktop insa pentru printerele profesionale costurile pot ajunge la 100.000EUR.

2.2 Subtitlu –
2.3 Subtitlu –
2.3.1 Subsubtitlu –