آشنایی با پرینتر سه بعدی

با گسترش فناوری‌ و تکنولوژی‌های پرینت، پرینتر سه بعدی رزینی یکی از مهم‌ترین ابزارهای تولید پیشرفته در دنیای صنعت و طراحی به شمار می‌روند. این پرینترها که بر پایه‌ی تکنولوژی پرینت سه بعدی با استفاده از رزین عمل می‌کنند، امکان خلق اشیا با جزئیات دقیق و پیچیده را فراهم می‌کنند. از طراحی محصولات صنعتی پیشرفته تا خلق آثار هنری منحصربه‌فرد، پرینترهای سه بعدی رزینی به طراحان و تولیدکنندگان امکاناتی نوین و هیجان‌انگیز را ارائه می‌دهند

 

با ورود پرینترهای سه بعدی رزینی، امکانات و قابلیت‌های جدیدی به دست طراحان و سازندگان اضافه شده است. این پرینترها از روش‌های مختلفی مانند فتوپلیمریزاسیون و دستگاه‌های دقیق دیجیتال استفاده می‌کنند تا با سرعت و دقت بالا، اشیا سه بعدی را به واقعیت تبدیل کنند. همچنین، رزین‌های مورد استفاده در این پرینترها امکان استفاده از رنگ‌های مختلف، شفافیت، انعطاف‌پذیری و دوام بالا را فراهم می‌کنند که به طراحان این امکان را می‌دهد تا ایده‌ها و طرح‌های خلاقانه خود را با جزئیات دقیق و واقع‌گرایی بالا پیاده‌سازی کنند.

 

پرینتر سه بعدی چیست؟

پرینتر سه بعدی یک دستگاه پیشرفته است که قادر است اشیا سه بعدی را با استفاده از متریال‌های متنوعی چاپ و تولید کند. این فناوری امکان ایجاد اشیا با هر شکل و اندازه‌ای را فراهم می‌کند، از مدل‌های کوچک مانند اسباب بازی‌ها و جواهرات تا مدل‌های بزرگتر و پیچیده مانند قطعات صنعتی و حتی خانه‌ها.

با بهره‌گیری از پرینترهای سه بعدی، کاربران می‌توانند به طراحی و تولید سریع و کارآمد اشیا مورد نیاز خود بپردازند، که این ویژگی به این فناوری جایگاه ویژه‌ای در صنایع مختلف از جمله معماری، پزشکی، خودروسازی و حتی آموزش به آن اختصاص داده است. پرینتر سه بعدی درواقع رباطی است که هر طرحی را به آن بدهید برای شما پرینت می گیرد، اما اینکه چه قطعه ای را خروجی بگیرد به موارد بسیاری بستگی دارد از جمله، ابعاد دستگاه، نوع دستگاه و …

انواع پرینتر سه بعدی 

. پرینتر سه بعدی رزینی       

چاپ سه بعدی رزینی یک اصطلاح کلی برای چندین نوع چاپ سه بعدی است که از رزین مایع حساس به نور فرابنفش به عنوان ماده اولیه چاپ قطعات استفاده می کند. پرینتر های رزینی از دید تکنولوژی در سه نوع اصلی زیر دسته بندی می شوند :

• پرینترهای SLA ( استریولیتوگرافی)
• پرینترهای DLP (پردازش نور دیجیتال)
• پرینترهای LCD (صفحه نمایش کریستال مایع) که به نام MSLA (ماسک استریولیتوگرافی) نیز شناخته می­شوند.

برای استفاده از چاپگر سه بعدی رزینی نیازی به درک کامل تکنولوژی مورد استفاده در آن ها ندارید ، اما اگر کمی در مورد نحوه کار آنها بدانید ، به شما کمک می کند دستگاه مناسب خود را انتخاب کنید.

Stereolithography (SLA)

اول از همه ، رزین یک فوتوپلیمر است. به این معنی که به نور واکنش نشان می دهد یا در تماس با نور سفت می شود. یک چاپگر SLA از اسکنر های گالوونومتر برای کنترل پرتو لیزر به سوی مخزن رزین پرینتر استفاده می کند و به طور نقطه به نقطه رزین مایع را به جامد تبدیل می کند و به این شکل لایه ها ساخته می شود. سپس صفحه ساخت به اندازه ضخامت یک لایه به سمت بالا حرکت می کند و لایه بعدی بر روی لایه قبلی جامد و ساخته می شود و لایه به لایه شی را ایجاد می کند. به دلیل لیزر و قطعات متحرک ، چاپگرهای SLA معمولا در لیست پرینترهای رزینی مقرون به صرفه نیستند بلکه در لیست بهترین پرینترهای رزینی حرفه ای قرار میگیرند و قیمت آنها به تاریخ امروز که اواخر سال 1402 هست از چیزی حدود 250 میلیون تومان ( 3500 دلار) شروع می شوند. چاپگرهای SLA بسیار دقیق اما کندتر از سایر فن آوری های چاپ رزینی هستند. عملا درصد کمی از کاربران از آنها استفاده می کنند و اکثرا برای کار های خاص و با اهداف تحقیقاتی یا تکنولوژی های برتر از آنها استفاده می شود.

Digital Light Processing (DLP)

روش بعدی چاپ سه بعدی، استفاده از چاپگرهای DLP است که از یک ویدئو پروژکتور با منبع نور UV برای ایجاد تصویر لایه استفاده می کنند. با انداختن تصویر لایه روی رزین، آن لایه به یکباره در عرض چند ثانیه سخت و سفت می شود. این روش چاپ سریع تر از SLA است ، اما ممکن است باعث از دست رفتن بخش زیادی از جزئیات شی سه بعدی نهایی شود. زیرا از آنجا که پروژکتور یک صفحه نمایش دیجیتال است ، تصویر هر لایه از پیکسل های مربع شکل تشکیل شده است، که در نتیجه یک لایه از بلوک های مستطیل کوچک به نام voxels تشکیل می­شود. ( اگر فرض کنید مدل چاپ شده یک خانه آجری باشد، به آجر های آن خانه وکسل گفته می شود ).

Liquid Crystal Display (LCD)

روش سوم چاپ سه بعدی ، استفاده از چاپگرهای LCD ( همان پرینتر های رزینی متداول در بازار ایران ) است که از یک صفحه نمایش کریستال مایع (LCD) استفاده می کنند. . این پرینترها مشابه پرینتر های DLP می توانند تصویر مربوط به هر لایه را به یکباره روی رزین مایع بتابانند. تفاوت پرینتر های رزینی LCD با DLP در نحوه ایجاد تصویر است. در پرینتر های رزینی دو قطعه منبع نور UV و یک LCD به کمک هم این تصویر را می سازند بطوری که نور از پایین به سمت LCD می تابد و LCD فقط اجازه عبور نور از بخش هایی از خود را می دهد که از آن سمت LCD تصویر لایه دیده شود.

مانند چاپگرهایDLP ، تصویر ساخته شده با پرینتر های رزینی LCD نیز به صورت دیجیتالی بوده و از پیکسل های مربعی تشکیل شده است. کیفیت چاپ چاپگر های رزینی LCD به تراکم پیکسلی LCD و اندازه LCD آن بستگی دارد. هرچه رزولوشن چاپگر بالاتر ( 6K,8K,…) و ابعاد LCD کوچکتر باشد تراکم پیکسلی و در نتیجه کیفیت چاپ بهتر است. یعنی اگر دو پرینتر رزینی با رزولوشن 8K وجود داشته باشد که یکی از آنها ابعاد LCD کوچک تری داشته باشد، کیفیت آن بالاتر است و 8K بودن هر دو به معنی یکسان بودن کیفیت آنها نیست!

همانطور که تاکنون اشاره کرده ایم ، تفاوت اساسی بین این سه نوع اصلی از تکنولوژی چاپ سه بعدی رزینی مربوط به منبع نور مورد استفاده و روش تاباندن نور به رزین برای پخت و سفت کردن رزین است. برخی دیگر از انوع پرینتر های رزینی حرفه ای نیز وجود دارد که به نوعی زیر مجموعه سه دسته اصلی بالا می شوند که در این مقاله به آنها نپرداختیم و هدف معرفی تکنولوژی های پرکاربرد و مهم تر از آن در دسترس در بازار ایران است.

چاپ سه بعدی رزینی به مواد پلاستیکی محدود نمی شود  و می تواند برای ایجاد قطعات سرامیکی و فلزی نیز استفاده شود!

مهم ترین مزایای چاپ سه بعدی رزینی

به طور کلی، تکنولوژی چاپ سه بعدی رزینی نسبت به سایر تکنولوژی های چاپ سه بعدی برتری داشته، زیرا قطعات چاپ شده دقیق با کیفیت سطح عالی ارائه می­دهد.

تکنولوژی چاپ سه بعدی رزینی را با تکنولوژی چاپ سه بعدی FDM مقایسه کنید که از رشته های پلاستیکی (فیلامنت) به عنوان مواد اولیه استفاده می کند. در تکنولوژی چاپ سه بعدی رزینی خطوط بین لایه ها قابل توجه نبوده و سطح شی سه بعدی دارای جزئیات پیچیده ای خواهد بود. سوالی که مطرح می­شود این است که آیا چاپگرهای رزینی همیشه در حفظ جزئیات قطعات بهتر از چاپگرهای FDM است؟ خیر ؛ زیرا جزئیات سطح به چاپگر بستگی دارد، اما معمولا هنگام مقایسه پرینترهای FDM با پرینترهای رزینی در بازه قیمتی یکسان، چاپگرهای رزینی به دلیل وضوح بالاتر برنده خواهند شد. در ادامه درباره دقت و وضوح چاپ توضیحات بیشتری را ارائه خواهیم داد.

اگر شما با هدف سرگرمی و یا با هدف چاپ مدل هایی مانند بیس های مورد استفاده در قالبگیری سیلیکون ( مانند بیس های شمع، گلدان، جای عود و … )، ساخت فیگور و اکشن فیگور، مدل های مینیاتوری و این دست از مدل ها از چاپگر سه بعدی رزینی استفاده می­کنید، پرینتر های نوع LCD از برند های Anycubic،Elegoo ، Creality، Phrozenبسیار مناسب شماست. انواع مدل های پرینتر های رزینی از این برند ها در بازار ایران یافت می شود و می توانید با قیمت حدودی 30 الی 150 میلیون تومان وابسته به دقت و ابعاد و البته برندی که انتخاب می کنید، پرینتر مناسب خود را خریداری کنید. در این بازه قیمتی هیچ چاپگر FDM ای نزدیک به این قیمت هم نمی تواند این سطح از جزئیات را به شما ارائه دهد.

اگر شما یک دندانپزشک هستید که می خواهید مدل های دندانپزشکی خاصی را برای بیمار خود چاپ کنید، به خاطر حساسیت مدل های شما به جزئیات سطح دقیق و سازگاری با مواد زیست سازگار به یک چاپگر رزینی بهتر و دقیق تری نیاز دارید. ما به شما پرینتر های رزینی از برند های Asiga یا Uniz را پیشنهاد می کنیم. اما در بازار ایران از پرینتر های برند های Anycubic و Phrozen به تعداد زیادی برای مصارف دندانپزشکی استفاده می شود و برای بسیاری از مدل ها کیفیت مناسب را دارد پس می تواند گزینه مقرون بصرفه تری باشد.

سال هاست که از پرینترهای سه بعدی رزینی در تولید طلا و جواهر استفاده می شود و هر روزه تعداد کارگاه های ایرانی که کارگاهشان را به پرینتر سه بعدی رزینی تجهیز می کنند افزوده می شود. دلیل این گرایش توانایی ساخت طلا با جزئیات بالا، دقت بیشتر، زحمت کمتر، مدل های بزرگتر با وزن کمتر و در نتیجه محصول خوش قیمت تر و متناسب با توان خرید مردم ایران است.

اگر شما به دنبال یک پرینتر صنعتی برای ساخت قطعات بزرگ با سرعت بالا هستید، باید به سراغ پرینتر های SLA بروید. پرینتر های SLA با تابش همزمان دو لیزر می تواند سرعت چاپ بالایی را به شما بدهد. از آنجایی که ساختار این پرینتر ها با پرینتر های رزینی LCD و اکثر مدل های DLP متفاوت است و لیزر از بالا به رزین تابانده می شود، هیچ گونه ضربه و تنشی به قطعه در حین چاپ وارد نمی شود و با این دستگاه می توان قطعات بزرگ و سنگینی مانند قطعات نهایی خودرو را با ابعاد واقعی آن ساخت. پرینتر های SLA با این ابعاد عموما در رنج قیمتی حدود 400 هزار دلار می باشند.

به طور کلی، ویژگی های مهم چاپ سه بعدی رزینی را می توان به این شکل نام برد :

• جزئیات دقیق سطح قطعه
• صافی سطوح قطعه
• تنوع مواد اولیه
• چاپ سریع تر
• توان عملیاتی بالا
• ساخت سازه های مشبک

اما اینکه چه پرینتر سه بعدی رزینی برای شما بهترین گزینه است بدون اینکه ابتدا نیازهای فردی و شرایط خود را در نظر بگیرید غیر ممکن است. هنگام انتخاب چاپگر رزینی ، موارد زیر را باید در نظر بگیرید:

• هزینه اولیه چاپگر سه بعدی و مواد اولیه آن
• خواص مکانیکی که قطعات نهایی شما نیاز دارند
• میزان جزئیات قطعات
• اندازه و حجم قطعات چاپ شده
• سرعت چاپ
• تنوع در انتخاب مواد اولیه (از جمله مواد زیست سازگار)
• نوع کسب و کار (دندانپزشکی ، جواهرات و فیگور و …)

چگونه یک انتخاب درست داشته باشیم؟

هنگام ارزیابی چاپگرهای سه بعدی رزینی برای خرید ، شما اصطلاحات صنعتی خاصی را خواهید شنید، که ما در ادامه برخی از آن ها را توضیح خواهیم داد. اگر با خواندن مشخصات فنی چاپگرها سردرگم می شوید و به درستی منظور از اصطلاحات فنی بکار رفته در آن را متوجه نمی شوید، با مثالی این مسئله را برای شما حل خواهیم کرد. به عنوان مثال، بهترین تراکم پیکسلی در راستای محورهای مختصاتی XY برای چاپگرهای رزینی به طور کلی حدود 25 تا 50 میکرون (μm) است. برای درک بهتر این ابعاد، ضخامت موی انسان 50 میکرون است.

برخی از تولید کنندگان چاپگرهای سه بعدی فقط در مورد وضوح دستگاه صحبت می کنند به این معنی که دستگاه می تواند قطعات با چه ارتفاع لایه هایی را بسازد، در حالی که برخی دیگر هم وضوح و هم دقت دستگاه را اعلام می کنند.

وضوح به ضخامت احتمالی لایه اشاره دارد. به عنوان مثال اگر وضوح دستگاه در راستای ارتفاع 50 μm یا 100 μm باشد، خطوط لایه ها قابل مشاهده خواهد بود. ارتفاع لایه های کمتر، مانند 25 μm (یک چهارم ضخامت موی انسان) به سختی حتی از نزدیک قابل مشاهده است. به یاد داشته باشید که می توانید سطح قطعات چاپ شده را با سنباده زدن یا سایر تکنیک ها نیز کاملا صاف کنید.

اما دقت به مقدار خطای ابعادی در قطعه پس از چاپ اشاره دارد. به عنوان مثال ، دقت 20 μm+/-  به این معنی است که وضوح چاپ شما می تواند 20 μm بیشتر و یا کمتر از آنچه اطلاعات فنی دستگاه به عنوان وضوح نهایی خود اعلام کرده است و یا شما برای فرآیند چاپ خود در نظر گرفته­ اید باشد.

در بسیاری از صنایع ، دقت بسیار مهم است. برای اکثر کاربردهای دندانپزشکی، متخصصان معمولا به دنبال دقت ۵۰ میکرون برای قطعات چاپ شده هستند. برای جواهرات پر جزئیات ، برخی از متخصصان به دقت ۲۵ میکرون نیاز دارند و برای برخی از کاربردهای پزشکی و الکترونیک ، شرکت ها به دقت چاپ ۵ میکرون و یا حتی کوچکتر نیاز دارند که تعداد انگشت شماری از چاپگرهای سه بعدی رزینی با همچین دقت بالایی وجود دارند.

قانون کلی این است که هرچه ضخامت لایه ها بزرگتر باشد، چاپ قطعات شما بیشتر طول می کشد. اما اینجاست که چاپگر های سه بعدی رزینی حرفه ای در کنار چاپ قطعات با وضوح بالا، سرعت چاپ سریعی نیز ارائه می­کنند.

چاپ سه بعدی رزینی چقدر سریع است ؟

لیست طولانی از سازندگان چاپگر های سه بعدی رزینی وجود دارد که ادعا می کنند سریع ترین دستگاه را دارند ، اما مقایسه ها اغلب به دلیل متغیرهای تاثیرگذار زیاد غیرممکن و سخت است.

سرعت چاپ در چاپگرهای رزینی بستگی به ارتفاع لایه های چاپ انتخاب شده ، رزین مورد استفاده، حجم قطعه و نوع و کیفیت منبع نور دارد. به همین دلیل است که چاپگرهای رزینی ارزان و خیلی گران وجود دارد. با این حال ، برخی از تکنولوژی ها سریعتر از بقیه هستند. مثلا همانطور که پیش تر اشاره شد تکنولوژی SLA به طور کلی سرعت کمتری نسبت به تکنولوژی DLP دارد.

جدا از خود پرینتر ها تجهیزات دیگری نیز در کنار این پرینتر ها لازم است. قطعات چاپ شده سه بعدی رزینی آماده استفاده مستقیم پس از اتمام فرآیند چاپ نیستند و نیاز به انجام کارهایی بعد از چاپ دارند. بعد از چاپ باید قطعات را با حلال مناسب آن رزین بشورید. قطعات تا 24 ساعت بعد از چاپ نیز همچنان به سخت تر شدن ادامه می دهند. می توانید با قرار دادن آنها در معرض نور خورشید یا محفظه های نور UV این روند را تسریع کنید.

بسیاری از تولید کنندگان چاپگرهای سه بعدی رزینی ابزار مورد نیاز برای پخت و شست و شو قطعات را نیز ارائه می دهند. برای تسریع و تسهیل روند چاپ و post-processing یا همان پردازش قطعات، پیشنهاد می کنیم دستگاه شست و شو و پرینتر سه بعدی رزینی و حتی رزین خود را از یک برند تهیه کنید.

در آسونش کن، ما بازار پرینتر های سه بعدی رزینی در ایران را با دید کاملا تخصصی و از نزدیک دنبال می کنیم و راهنما های به روز شده را به طور منظم برای شما آماده می کنیم تا به شما کمک کند بهترین پرینتر را با توجه به نیاز خود پیدا کنید.

رزین دقیقا چیست؟

شما به طور کلی می توانید رزین را به عنوان پلاستیک مایع در نظر بگیرید و انواع بی شماری از رزین نیز وجود دارد. قطعات چاپ شده سه بعدی رزینی شما بسته به نوع رزینی که استفاده می کنید می توانند سفت یا قابل خم شدن، لاستیکی یا چکش خوار، مقاوم در برابر شعله آتش یا مقاوم از نظر صنعتی باشند.

یک جنبه منحصر به فرد از رزین این است که مانند رشته های پلاستیکی (فیلامنت) و یا پودرهای فلزی برای چاپ سه بعدی استاندارد سازی نشده اند. به عنوان مثال، PLA یک نوع خاص از پلاستیک است. بنابراین تمام فیلامنت های PLA، به عنوان مواد پایه ای خود، همان فرمول شیمیایی پلی لاکتیک اسید (PLA) را دارند که آن را از نوع دیگری از پلاستیک مانند ABS (آکریلونیتریل بوتادین استایرن) متمایز می کند. به همین ترتیب ، فلزات نیز برای چاپ سه بعدی از تعاریف استاندارد فولاد ضد زنگ ، مس و آلومینیوم پیروی می کنند.

شما یک نام شیمیایی استاندارد برای رزین چاپ سه بعدی پیدا نخواهید کرد. تولیدکنندگان اجزای دقیق تشکیل دهنده رزین های خود را به عنوان یک راز دانسته و از آن به شدت محافظت می کنند و نام هایی مانند رزین “قوی” یا “انعطاف پذیر” یا “سخت” یا “قابل شستشو در آب” برای آنها انتخاب می کنند، که مقایسه برندهای مختلف رزین را را دشوارتر می کند. اما خوشبختانه، اکثر رزین ها دارای برگه های اطلاعات فنی هستند که حداقل می توان ویژگی های اصلی آنها را با هم مقایسه کرد.

البته ، ما در آسونش کن در حال بررسی برندهای اصلی (و فرعی) موجود در ایران هستیم و به زودی لیست بی طرفانه از توصیه های خود را تحت عنوان بهترین رزین ها برای چاپگرهای سه بعدی رزینی متداول در ایران بر حسب کسب و کار های مختلف بر روی سایت قرار خواهیم داد.

آیا رزین مضر و سمی است؟

رزین یک ماده شیمیایی است که یک ماده سمی، سرطان زا ، تحریک کننده پوست و سیستم تنفسی و مضر برای محیط زیست است.  شما همیشه باید هنگام دست زدن و تمیز کردن قطعات چاپ شده با رزین از دستکش استفاده کنید و در یک محیط با تهویه مناسب فرآیند چاپ را آغاز کنید تا تجمع بخارات رزین را کاهش دهید. همچنین رزین هایی که با حلال از روی قطعات چاپ شده شسته می شوند نیز بهتر است در معرض نور خورشید یا نور UV قرار گیرند تا خشک شوند و بعد در جای مناسب و بدور از گیاهان و یا منابع آب زیر زمینی دفع شوند.

برای توضیحات بیشتر در این مورد می توانید به مقاله “آیا رزین سمی است؟” مراجعه کنید

هزینه تهیه رزین چقدر است؟

به طورکلی ، هزینه تهیه رزین به نوع رزین بستگی دارد ، اما یک بطری ۱ کیلوگرمی رزین چاپ سه بعدی استاندارد با کیفیت مناسب در ایران ممکن است از حدود ۲ میلیون تومان شروع شود. رزین های استاندارد را به عنوان نقطه شروع در دنیای رزین ها در نظر بگیرید. رزین های استاندارد برای استفاده خاص طراحی نشده اند، اما با آنها تجربه چاپ سه بعدی رزینی عالی خواهید داشت. رزین های استاندارد بیشتر برای مدل های بصری استفاده می شوند و عموما به نسبت قطعات پلاستیکی بسیار ترد و شکننده هستند و مناسب کاربردهای خاص نمی باشند.

.پرینتر سه بعدی FDM

پرینتر سه‌بعدی FDM (Fused Deposition Modeling)، یکی از انواع پرینترهای سه‌بعدی است که با استفاده از فناوری چاپ افزودنی، اشیای سه‌بعدی را تولید می‌کند. در این فرایند، مواد پلیمری مانند PLA و ABS از طریق یک نازل گرم به صورت مذاب‌شده و به شکل لایه‌لایه به هم چسبیده، شی سه‌بعدی تولید می‌شود.

اف دی ام (FDM) مخفف عبارت Fused Deposition Modeling و به اصطلاح یک فرآیند و روش تولید مواد، بصورت افزودنی است که به خانواده‌ی اکسترودرها تعلق دارد.

– اکسترودر Extruder ماشینی است که آمیزه لاستیکی و پلاستیکی را ذوب کرده و به آن نیرو وارد ساخته تا با فشار در انتهای دستگاه، از میان یک قالب، عبور نموده و محصولی به شکل پیوسته شکل با سطح مقطع خاص تولید نماید.

در پرینت سه بعدی با روش FDM یک شی با ذوب شدن مواد از طریق اکسترودر و به صورت لایه به لایه ساخته می شود. مواد استفاده شده در این روش، از پلیمرهای قابل ارتجاع بوده و به صورت رشته ای شکل می گیرند.

همانطور که گفته شد پرینت سه بعدی با FDM پرکاربردترین روش در حوزه چاپ سه بعدی و بزرگترین بستر فعلی پرینتر سه بعدی صنعتی در سطح جهان است. بنابراین طبیعی است که انتخاب اول مردم برای چاپ و پرینت مدل های خود از این طریق باشد. در ادامه با اصول اساسی و جنبه های اصلی این فناوری آشنا می‌شویم.

 

پرینت سه بعدی FDM یک فرایند ساخت افزودنی است که متعلق به خانواده “اکستروژن” است.پرینتر سه بعدی فیلامنتی یا اف دی ام با ذوب کردن پلاستیک و اکسترود آن، محصول سه بعدی را به صورت لایه به لایه می سازد. پرینتر سه بعدی اف دی ام یک پرینتر سه بعدی ارزان به حساب می آید. مواد اولیه این پرینترهای سه بعدی فیلامنت است. فیلامنت یک قرقره از پلاستیک قابل ذوب شدن است. پرینت سه بعدی FDM ارزان ترین روش ساخت افزودنی به شمار می رود.

FDM پر استفاده ترین تکنولوژی ساخت افزودنی حال حاضر است: پرینترهای سه بعدی FDM پر استفاده ترین پرینتر های سه بعدی دنیا هستند و اکثریت مردم پرینت سه بعدی را با این تکنولوژی می شناسند.

در این مقاله، قابلیت های و محدودیت های اصلی این فناوری برای نمونه سازی سریع و محصول نهایی ارائه شده است. طراحان سه بعدی برای رسیدن به یک محصول خوب بهتر است در هنگام طراحی سه بعدی برای پرینت FDM، قابلیت ها و محدودیت های تکنولوژی را در نظر بگیرند.

 

 

FDM چگونه کار می کند؟

پرینتر سه بعدی FDM از یک نازل برای تزریق لایه به لایه پلاستیک روی یک پلتفرم یا سینی ساخت استفاده می کند. این نازل فیلامنت پلاستیک را به دمای بالایی می رساند که باعث می شود فیلامنت به حالتی نیمه جامد و شکل پذیر دربیاید.

۱.در مرحله اول یک قرقره از فیلامنت ماده ترموپلاستیک در دستگاه پرینتر سه بعدی قرار می گیرد. سپس نازل تا حد تعیین شده گرم شده و فیلامنت به نازل وارد شده و به دمای نزدیک به ذوب می رسد.

۲.نازل پرینتر مجهز به یک سیستم ۳ محوره و یا ۲ محوره است، این نازل بر روی سطح سینی ساخت حرکت کرده و پلاستیک فشرده را در نقاط مناسب تزریق کند. نوع دیگری از پرینترهای سه بعدی FDM دارای نازل ۲ محوره هستند و در مقابل سینی ساخت پس از ساخت هر لایه در راستای Z می تواند حرکت کند.

۳.هر لایه که ساخته می شود ، با پایین آمدن دما جامد می شود و لایه ی بعدی روی آن گذاشته می شود. برای ساخت یک سطح نیاز به عبور چند باره نازل از آن است.(مانند رنگ کردن یک مربع با ماژیک) این پروسه تا ساخته شدن قطعه تکرار می شود.

نتیجه این پروسه ی تولید لایه به لایه، ایجاد سطحی پلکانی در مدل است.

برخی پرینترهای سه بعدی FDM دارای فن های خنک کننده در کنار نازل هستند که سرعت خنک شدن لایه ها را بالا می برد. این مسئله موجب بالا رفتن سرعت پرینت و کیفیت قطعه می شود.

 

ویژگی های پرینت سه بعدی FDM

تنظیمات پرینتر :

بیشتر سیستم های FDM اجازه تنظیم چندین متغیر فرآیند، از جمله دمای هر دو نازل و پلتفرم ساخت، سرعت ساخت، ضخامت لایه و سرعت فن خنک کننده را می دهند. بیشتر این متغیرها توسط اپراتور دستگاه پرینتر سه بعدی تعیین می شوند.

نکته با اهمیت در سفارش پرینت سه بعدی FDM، اندازه پلتفرم ساخت و ضخامت لایه است:

اندازه پلتفرم ساخت یا به عبارتی بزرگترین ابعاد قابل ساخت با یک پرینتر سه بعدی رومیزی معمولا ۲۰۰ × ۲۰۰ × ۲۰۰ میلی متر است در حالی که یک پرینتر سه بعدی صنعتی می تواند قطعاتی تا ابعاد ۱۰۰۰ × ۱۰۰۰ × ۱۰۰۰ میلی متر بسازد.

پایین تر بودن هزینه های پرینترهای سه بعدی رومیزی باعث گستردگی و در دسترس بودن آن ها شده ، تولید و نمونه سازی با این پرینترها به صرفه تر از پرینتر های سه بعدی صنعتی است. اگر تاکید خاصی روی یک تکه بودن قطعه نباشد، می توان یک مدل بزرگ را به چند تکه تقسیم کرده ، قطعه ها را جداگانه پرینت کرده و بعد از ساخت به هم متصل کرد.

ضخامت لایه معمول پرینت سه بعدی FDM بین ۵۰ تا ۴۰۰ میکرون است و هنگام سفارش پرینت قابل تعیین است. پرینت سه بعدی در ضخامت لایه پایین ، کیفیت و صافی سطوح قطعات را بالا برده و انحناها را دقیق تر می سازد. در مقابل در ضخامت لایه های بالاتر قطعه سریعتر و با هزینه پایین تری ساخته می شود.

ضخامت لایه ۲۰۰ میکرون به عنوان یک ضخامت لایه استاندارد برای پرینت سه بعدی FDM شناخته می شود. قطعاتی که با این ضخامت لایه تولید می شوند از کیفیت قابل قبولی برخوردار بوده و قیمت مناسبی به نسبت کیفیت دارند. 

تفاوت ضخامت لایه پرینت سه بعدی در محور Z دیده می شود. تصویر یک قطعه را نشان می دهد که در دو ضخامت لایه مختلف ساخته شده است. (سمت چپ ضخامت لایه بالا و سمت راست ضخامت لایه کم)

برای اطلاعات دقیق تر در مورد ضخامت لایه ها می توانید به اینجا مراجعه کنید.

تاب برداشتن(Warping) :

تاب برداشتن یکی از شایع ترین مشکلات در پرینتر سه بعدی FDM است. ترموپلاستیک ها پس از اینکه از نازل روی پلتفرم ساخت تزریق می شوند، سرد شده و جامد می شوند، این تغییر دما موجب انقباض و کوچک شدن ابعاد آنها می شود. مقاطع و لایه های مختلف قطعه با سرعت های متفاوتی خنک می شوند و همین مسئله موجب تفاوت در میزان انقباض آنها می شود.  این تفاوت در نهایت موجب وارد شدن فشار به لایه ها و تاب برداشتن قطعه می شود. با کنترل دقیق دمای دستگاه می توان از این پدیده پیشگیری کرد. پرینتر های سه بعدی که دارای Heat Chamber ریسک تاب برداشتن مدل سه بعدی را تا حد زیادی پایین می آورند. راه دیگر پیشگیری از تاب برداشتن، بالا بردن چسبندگی قطعه به پلتفرم ساخت است.

اگر طراح سه بعدی هستید می توانید برای پیشگیری از تاب برداشتن مدل:

• از سطوح صاف بلند در مدل سه بعدی خود اجتناب کنید و یا این سطح را به صورت چند تکه تولید کنید.
• احتمال تاب برداشتن بیرون زدگی های نازک(مثل سرِ چنگال) نیز بالاست، بهتر  است قسمتی از این جزئیات اتصال نسبتا ضخیمی با پلتفرم ساخت داشته باشند(برای نمونه می توان سرِ این جزئیات یک مکعب ۲۰۰ میکرونی کوچک درنظر گرفتن که پس از ساخت قابل حذف باشد.)
• تا حد ممکن از گوشه های تیز در قطعه خود اجتناب کنید، ریسک تاب برداشتن گوشه های تیز در پروسه پرینت سه بعدی بالاست و بهتر است این گوشه ها را نرم (Fillet) درنظر بگیرید.
• از مواد اولیه استاندارد و پیش فرض استفاده کنید. فقط در صورت ضرورت از مواد اولیه ای مانند ABS و PETG استفاده کنید، احتمال تاب برداشتن این متریال ها نسبت به PLA بسیار بالاتر است.

کایا رزین