موضوع مقاله: ساخت فیلامان ذوبی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # ساخت فیلامان ذوبی | مقدمه: رشته از یک قرقره بزرگ از طریق سر یک چاپگر متحرک و اکسترودر چاپگر گرم شده، تغذیه می‌شود و بر روی کار در حال رشد قرار می‌گیرد. | ## بخش 1: ساخت فیلامان ذوبی | معمولاً سر در دو بعد حرکت می‌کند تا یک صفحه یا لایه افقی را در یک زمان ایجاد کند؛ سپس سر اثر یا چاپ با مقدار کمی حرکت عمودی، حرکت داده می‌شود تا لایه جدیدی آغاز شود. سرعت سر اکسترودر را نیز می‌توان برای توقف و شروع رسوب کنترل کرد و یک صفحه منقطع را بدون ایجاد چرخش یا حرکت بین بخش‌ها تشکیل داد. ساخت رشته مورد استفاده توسط اعضای پروژه RepRap ابداع شد و با ارائه اسم تجاری «مدل سازی رسوب ذوبی» عبارتی را ارائه دادند که از نظر قانونی در استفاده از آن محدودیتی وجود ندارد. در حال حاضر، چاپ رشته ذوبی، محبوب‌ترین فرآیند (با تعداد ماشین آلات) برای چاپ سه بعدی درجه سرگرمی است. فرایند چاپ سه بعدی که به آن تولید افزایشی نیز گفته می‌شود، شامل تولید بخشی با لایه گذاری ماده، لایه به لایه است. این فرایندها انواع مختلفی از اکسترودرها و مواد مختلف را برای رسیدن به محصول نهایی در خود جای داده‌اند. اکستروژن مواد ساخت رشته مورد استفاده از اکستروژن مواد برای چاپ اقلام استفاده می‌کند که در آن مواد خام از طریق یک اکسترودر هل داده می‌شوند. در بیشتر دستگاه‌های چاپگر سه بعدی ساخت رشته‌های ذوبی، مواد خام به شکل یک فیلامنت آسیب‌دیده بر روی یک قرقره ظاهر می‌شوند. انتهای سرد با استفاده از گشتاور مبتنی بر چرخ دنده یا غلتک، مواد را از قرقره می‌کشد و با استفاده از موتور پله ای سرعت تغذیه را کنترل می‌کند. محفظه حرارت دهی، میزبان لیکور است که ماده خام را ذوب می‌کند تا آن را به یک مایع نازک تبدیل کند. این روش به ماده مذاب اجازه می‌دهد تا از نازل کوچک خارج شود و یک مهره نازک و بی‌مصرف از پلاستیک را شکل دهد که به ماده‌ای که بر روی آن قرار داده شده‌است، می‌چسبد. بسته به موادی که باید چاپ شوند، انواع مختلفی از نازل‌ها و روش‌های گرمایش مورد استفاده قرار می‌گیرند. رایج‌ترین نازل‌های استفاده شده نازل‌های V6 هستند که توسط نازل‌های E3D و MK8 محبوب شده‌اند. اکستروژن سرد دوغاب‌ها: در این نوع ماشین‌های چاپ سه‌بعدی، مواد خام به شکل یک دوغاب، یک خمیر یا یک خاک رس ظاهر می‌شوند که همه آن‌ها تعلیق ویسکوز ذرات پودر جامد در یک محیط مایع هستند، که پس از رسوب خشک می‌شوند. در این حالت، ماده به‌طور کلی توسط عمل پیستون به سمت نازل هُل داده می‌شود و نازل گرم نمی‌شود. مواد شبیه خمیر مانند سرامیک و شکلات را می‌توان با استفاده از فرایند رشته ذوب شده و اکسترودر خمیر مخصوص اکسترود کرد. اکستروژن گرم گلوله‌ها: در این نوع دستگاه‌های چاپ سه بعدی ماده اولیه به صورت گلوله است، به عنوان مثال گرانول‌های کوچک از جنس مواد ترموپلاستیک یا مخلوطی از چسب ترموپلاستیک با مواد پرکنندهٔ پودری ارائه می‌شود. ماده توسط عمل پیستون یا یک پیچ دوار به سمت نازل با فشار هدایت می‌شود که توسط یک بشکه اکستروژن شامل می‌شود. ب) که ذوب شده و اکسترود می‌شود و آن را لایه به لایه و به شکل دلخواه رسوب می‌دهد. نازل می‌تواند در هر دو جهت افقی و عمودی حرکت داده شود و بر روی یک مرحله مکانیکی سوار می‌شود که می‌تواند در صفحه xy حرکت کند. هنگامی که نازل در هندسه از پیش تعیین‌شده بر روی میز حرکت می‌کند، یک دانه نازک از پلاستیک اکسترود شده به نام «جاده» را رسوب می‌دهد که به سرعت در تماس با زیرلایه یا جاده رسوب می‌کند. لایه‌های جامد با دنبال کردن یک حرکت محدود کننده تولید می‌شوند که در آن جاده‌ها در کنار یکدیگر در یک مرز دامنه احاطه شده رسوب می‌کنند. موتورهای پله‌ای یا موتورهای سرو معمولاً برای حرکت دادن سر اکستروژن به کار می‌روند. سازوکار مورد استفاده اغلب یک طرح مستقیم X - Y - Z است، اگر چه طرح‌های مکانیکی دیگری مانند دلتابوت به کار گرفته شده‌اند. هنگامی که یک لایه کامل شد، پلتفرم در جهت z به منظور شروع لایه بعدی پایین می‌آید. | ## بخش 2: ساخت فیلامان ذوبی | برای اتصال موفقیت‌آمیز جاده‌ها در این فرایند، کنترل محیط حرارتی ضروری است؛ بنابراین، سیستم در داخل یک محفظه نگهداری می‌شود و در دمایی درست زیر نقطه ذوب مواد ته‌نشین شده نگهداری می‌شود. اگرچه ساخت فیلامنت ذوبی به عنوان یک فناوری چاپ بسیار انعطاف‌پذیر است، و قادر به مقابله با برامدگی های کوچک با پشتیبانی لایه‌های پایین‌تر است، اما به طور کلی ساخت فیلامنت ذوبی محدودیت‌هایی در شیب برامدگی دارد، و نمی‌تواند استالاکتیت‌های پشتیبانی نشده تولید کند. مواد Myriad در دسترس است ، مانند اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) ، پلی لاکتیک اسید (PLA) ، پلی کربنات (PC) ، پلی آمید (PA) ، پلی استایرن (PS) ، لیگنین ، لاستیک ، و بسیاری دیگر ، با تجارت های مختلف بین قدرت و خواص دما بعلاوه ، حتی رنگ یک ماده ترموپلاستیک معین نیز ممکن است بر مقاومت جسم چاپ شده تأثیر بگذارد. اخیراً یک شرکت آلمانی برای اولین بار امکان فنی پردازش PEEK دانه‌ای به شکل رشته و قطعات چاپ سه‌بعدی از جنس رشته را با استفاده از فناوری ساخت فیلامنت ذوبی نشان داده‌است. عملکرد فرایند ساخت فیلامنت ذوبی در یک اتمسفر گاز بی‌اثر مانند نیتروژن یا آرگون می‌تواند به‌طور قابل‌توجهی چسبندگی لایه را افزایش دهد و منجر به بهبود خواص مکانیکی اشیا چاپ‌شده سه‌بعدی شود. هندسه جریان اکسترودر، روش حرارت دهی و رفتار جریان مذاب یک سیال غیر نیوتنی از ملاحظات اصلی در این بخش می‌باشند. غلتک‌ها تنها مکانیزم محرک در سیستم تحویل مواد هستند، بنابراین رشته تحت تنش کششی رو به بالا به غلتک و تحت فشار در سمت پایین‌دست عمل می‌کند؛ بنابراین، تنش فشاری نیروی محرکه فرایند اکستروژن است. نیروی مورد نیاز برای خارج کردن مذاب باید برای غلبه بر افت فشار در سراسر سیستم کافی باشد، که به شدت به خواص ویسکوز مواد ذوب‌شده و هندسه جریان رولیفایر و نازل بستگی دارد. رفتار نازک شدن برش در بیشتر مواد استفاده‌شده در این نوع چاپ سه‌بعدی مشاهده می‌شود. این موضوع با استفاده از قانون توان برای سیال‌های نیوتنی تعمیم‌یافته مدل‌سازی شده‌است. سیستم به‌طور مداوم توان عرضه‌شده به کویل‌ها را با توجه به اختلاف دما بین مقدار مطلوب و مقدار کشف‌شده توسط ترموکوپل تنظیم می‌کند و یک حلقه بازخورد منفی را تشکیل می‌دهد. نمونه‌سازی سریع، آزمایش تکراری را تسهیل می‌کند، و برای اجراهای بسیار کوتاه، تولید سریع می‌تواند یک جایگزین نسبتاً ارزان باشد. این دستگاه‌ها شامل دستگاه‌هایی هستند که برای خرد کردن و خارج کردن مواد پلاستیکی به درون فیلامنت‌هایی مانند ربات‌های بازیافتی به کار می‌روند. چندین پروژه و شرکت در حال تلاش برای توسعه چاپگرهای سه‌بعدی مقرون‌به‌صرفه برای استفاده از دسکتاپ خانگی هستند. بخش عمده‌ای از این کار توسط جوامع پذیرنده اولیه و مشتاق و با ارتباطات بیشتر با جوامع دانشگاهی و هکر، هدایت و هدف قرار گرفته‌است. پروژه RepRap با هدف تولید یک چاپگر سه بعدی رایگان و سخت‌افزاری (FOSH)، که مشخصات کامل آن تحت مجوز عمومی عمومی GNU منتشر شده‌است، و قادر است با چاپ بسیاری از قطعات پلاستیکی (تولید پلاستیک) خود، نسخه برداری کند تا ماشین آلات بیشتری تولید کند. قبلاً نشان داده شده‌است که RepRap می‌تواند صفحه‌های مدار و قطعات فلزی را چاپ کند. به دلیل اهداف FOSH از RepRap، بسیاری از پروژه‌های مرتبط از طراحی خود برای الهام گرفتن استفاده کرده‌اند، و اکوسیستم چاپگرهای سه‌بعدی مرتبط یا مشتق‌شده را ایجاد کرده‌اند، که بسیاری از آن‌ها طرح‌های باز شده باز شده باز شده باز شده باز شده را نیز جذب می‌کنند. در دسترس بودن این طرح‌های باز شده به این معنی است که ابداع انواع چاپگرهای سه‌بعدی آسان است. با این حال، کیفیت و پیچیدگی طرح‌های چاپگر، و همچنین کیفیت کیت یا محصولات نهایی، از پروژه‌ای به پروژه دیگر بسیار متفاوت است. این توسعه سریع نسخه باز شده چاپگرهای سه‌بعدی، توجه بسیاری از حوزه‌ها را به خود جلب کرده‌است، زیرا این امکان را به وجود می‌آورد که از طرح‌های دامنه عمومی برای ساخت نسخه باز شده فناوری مناسب استفاده شود. توسعه اکسترودرها به دلیل حرکت چاپگر 3-D منبع باز ناشی از محصولاتی مانند RepRap، به سرعت در حال انجام است. پیشرفت‌های سازگار به شکل افزایش دمای گرمایش لیکور، کنترل بهتر و دقت چاپ‌ها، و پشتیبانی بهبود یافته برای طیف گسترده‌ای از مواد دیده می‌شود. به عنوان مثال، در سال ۲۰۱۷، چندین شرکت و فرد در حال فروش قطعات برای ساخت طرح‌های مختلف RepRap هستند، که قیمت آن‌ها از حدود ۹۹ پوند یا ۱۰۰ دلار شروع می‌شود. پروژه متود باز Fab@Home چاپگرهایی را برای استفاده عمومی تولید کرده‌است که می‌تواند از طریق نازل اکسترود شود، از شکلات گرفته تا درزگیر سیلیکون و واکنش دهنده‌های شیمیایی. | ## بخش 3: ساخت فیلامان ذوبی | چاپگرهایی که طرح‌های این طرح را دنبال می‌کنند از سال ۲۰۱۲ با قیمت‌هایی در محدوده ۲۰۰۰ دلار آمریکا از طریق تأمین کنندگان به صورت کیت یا به صورت از قبل مونتاژ شده در دسترس هستند. چاپگر LulzBot 3D در حال حاضر تنها چاپگر موجود در بازار است که گواهی‌نامه «احترام به آزادی شما» را از بنیاد نرم‌افزار آزاد دریافت کرده‌است. از سپتامبر ۲۰۱۸ چاپگرهای سبک RepRap از طریق خرده فروشان آنلاین به راحتی در قالب کیت در دسترس هستند. عملکرد چاپگر، اغلب شامل فایل‌های الکترونیکی برای چاپ آزمایشی و همچنین مقدار کمی از رشته‌های PLA است. علاوه بر این، فلوروپلیمرهایی مانند لوله PTFE به دلیل توانایی مواد در مقاومت در برابر دمای بالا در این فرایند مورد استفاده قرار می‌گیرند. انواع مختلف EAM، به عنوان مثال مواد افزودنی مبتنی بر اکستروژن اجازه می‌دهد که با بسیاری از انواع مواد اضافی که در جدول زیر خلاصه شده‌اند، سر و کار داشته باشیم. چندین کلاس مواد را می‌توان اکسترود و چاپ سه‌بعدی کرد: پلیمرهای ترموپلاستیک، رایج‌ترین کاربرد FDM هستند؛ ماده کامپوزیت با زمینه پلیمری و الیاف سخت کوتاه یا بلند؛ دوغاب و خاک رس سرامیکی، که اغلب در ترکیب با روش ربوکستینگ استفاده می‌شود؛ مخلوط سبز پودرهای سرامیکی یا فلزی و قیرهای پلیمری مورد استفاده در EAM فلزات و سرامیک‌ها؛ خمیر غذایی؛ خمیر زیستی که در چاپ زیستی به کار می‌رود. Ultem 9085 همچنین بازدارندگی در برابر آتش را به نمایش می گذارد و آن را برای کاربردهای هوافضا و هواپیمایی مناسب می کند. طراحی دروازه ای برای حرکت بیشتر در جهت‌های افقی X - Y بهینه شده‌است، با یک صعود آهسته در جهت Z، به محض اینکه قطعه چاپ می‌شود، موتورهای پله‌ای حرکت را از طریق پیچ‌های سربی یا درایوهای تسمه دنداندار هدایت می‌کنند. با توجه به تفاوت در سرعت حرکت، استفاده از کمربندهای دندانهدار برای درایوهای X, Y و یک پیچ سربی برای Z معمول است، اما بستر (و کار چاپ) را برای Y حرکت می‌دهند. برخلاف کاترهای لیزری، سرعت حرکت سر کم است، موتورهای پله‌ای به‌طور جهانی مورد استفاده قرار می‌گیرند و در عوض نیازی به استفاده از سروموتور نیست. بسیاری از چاپگرها، در اصل آن‌هایی که تحت‌تاثیر پروژه RepRap قرار گرفتند، از اجزای چاپ‌شده سه‌بعدی در ساخت خود استفاده گسترده‌ای می‌کنند. اینها معمولاً بلوک‌های اتصال چاپ‌شده با انواع حفره‌های زاویه‌دار هستند که با میله رزوه دار فولادی ارزان به هم متصل شده‌اند. این امر ساختاری را ایجاد می‌کند که مونتاژ آن ارزان و آسان است، به راحتی امکان کادربندی غیر عمودی مفاصل را فراهم می‌کند، اما نیازمند دسترسی به یک چاپگر سه‌بعدی است. نبود سختی در میله نیز نیازمند مثلث سازی است، یا خطر ایجاد یک ساختار گنتری را به وجود می‌آورد که خم و مرتعش می‌شود و کیفیت چاپ را کاهش می‌دهد. امروزه بسیاری از ماشین‌ها از قالب‌های جعبه‌ای شکل نیمه‌بسته یا تخته چندلا برش داده‌شده با لیزر، پلاستیک یا ورقه فولادی فشرده استفاده می‌کنند. اینها ارزان، سفت و سخت هستند و همچنین می‌توانند به عنوان پایه‌ای برای یک حجم چاپ محصور استفاده شوند، که اجازه کنترل دما در داخل آن برای کنترل تاب خوردن کار چاپ را می‌دهد. تعداد انگشت شماری از ماشین‌ها به جای آن از مختصات قطبی استفاده می‌کنند، معمولاً ماشین‌هایی که برای چاپ اشیا با تقارن دایره‌ای بهینه شده‌اند. اگرچه مزایای مکانیکی بالقوه ای برای این طراحی برای چاپ سیلندرهای توخالی وجود دارد، اما هندسه متفاوت آن‌ها و رویکرد غیر اصلی حاصل برای برنامه‌ریزی چاپ هنوز هم آن‌ها را از محبوب بودن بازمی‌دارد. اگرچه تبدیل مختصات دکارتی به قطبی برای برنامه‌ریزی حرکت ربات کار آسانی است، اما به دست آوردن هر گونه مزیت از این طراحی نیز نیازمند الگوریتم‌های برش چاپ است تا از تقارن چرخشی از ابتدا آگاه باشند. این استانداردهای فاکتور اجازه می‌دهند تا طرح‌های اکسترودر جدید بر روی فریم‌های چاپگر موجود تست شوند، و طرح‌های فریم‌های چاپگر جدید از اکسترودرهای موجود استفاده کنند. این طراحی ربات به دلیل اینرسی پایین و توانایی حرکت سریع آن در یک حجم بزرگ مورد توجه قرار گرفته‌است. ثبات و آزادی از ارتعاش زمانی که یک سر چاپی سنگین را در انتهای بازوهای دوک وار حرکت می‌دهیم، یک چالش فنی است. این طراحی عمدتاً به عنوان ابزاری برای به دست آوردن یک حجم چاپ بزرگ بدون یک گنجینه بزرگ و سنگین مورد توجه قرار گرفته‌است. | ## جمع‌بندی | هنگامی که سر چاپ فاصله رشته خود را از کویل ذخیره تا سر تغییر می‌دهد، تنش ایجاد شده بر روی رشته، یک چالش فنی دیگر برای غلبه بر جلوگیری از تأثیر بر کیفیت چاپ است.