پرینتر سه بعدی و چگونگی ساخت آن

تکنولوژی مدل‌سازی رسوب ذوب شده در ساخت پرینتر سه بعدییکی از متداول‌ترین تکنولوژی‌های مورد استفاده در ساخت پرینتر سه بعدی، تکنولوژی مدل‌سازی رسوب ذوب شده با روش مختصات قطبی FDM است. این تکنولوژی توسط شرکت Stratasys ثبت شده است. با استفاده از این فناوری تولید و ایجاد نمونه‌هایی در بازه زمان‌های بسیار کوتاه فراهم می‌شود. تولید فیلامنت ذوب شده یا FFF نام دیگر و شناخته شده این تکنولوژی است.شرکت Tractus3D یکی از شرکت‌های معتبر است که تمام پرینترهای صنعتی آن از این تکنولوژی استفاده می‌کنند. در ساخت قطعه با پرینتر سه بعدی FDM حرکات به صورت افقی و عمودی در نظر گرفته شده است و توسط یک نازل اکستروژن متحرک روی پلتفرم تمام عملیات برش انجام می‌شود. در این نوع از پرینترها از مواد ترموپلاستیکی که به نقطه ذوب می‌رسند، استفاده می‌شود. این مواد که به نقطه ذوب می‌رسند، به صورت لایه به لایه برش خورده و قطعات مهم را تولید و ایجاد می‌کنند.در این مرحله از ساخت قطعه توسط پرینتر سه بعدی پس از هر برش لایه به لایه می‌توان طرح برش خورده را به طور واضح مشاهده کرد. تمام این مراحل تا رسیدن به سطوح بالا و لایه‌های بالاتر ادامه پیدا می‌کند. در مرحله آخر نیز موادی که به عنوان ساپورت در سیستم قرار گرفته بودند، از سیستم برداشته می‌شوند.رسوب گذاری حرارتی فیلامنت در فرآیند چاپ قطعهسان و همکارانش از دیگر دانشمندان و محققینی بودند که کیفیت پیوند میان مسیرهای رسوب داده شده، به حرارت محفظه ساخت و شرایط انتقال حرارت همرفتی در داخل قطعه را مورد بررسی قرار دادند. شکل 1 شماتیکی از فرآیند چاپ با چاپگر FDM را نشان می‌دهد که نحوه رسوب گذاری فیلامنت بر روی پلتفرم را نشان داده است.برای ساخت مدل‌های مفهومی، آزمایش نمونه و برقراری ارتباط بین طراحی و نمونه نهایی، روش FDM بسیار مناسب است. نمونه‌هایی که ساخته می‌شوند، می‌توانند نمونه‌های اولیه کاربردی باشند که در سنجش عملکرد به کار می‌روند.شکل 1 شماتیکی از تکنولوژی مدلسازی رسوب ذوب شده FDMمراحل اصلی ساخت قطعه در روش پرینت سه بعدی FDM1- ساخت و طراحی مدل CAD قطعه مورد نظر با استفاده از نرم‌افزار‌های طراحی (سالیدورک، اتوکد و …)2- تبدیل مدل CAD طراحی شده در محیط نرم افزارهای طراحی به فرمت STL3- انتقال فایل STL به نرم افزارهای ورقه کن و اسلایسر مانند Slic3r و گرفتن G-Code4- انتقال G-Code به ماشین‌های چاپ سه بعدی و اجرای فرآیند5- تمیز کاری نمونه و انجام عملیات بعدی و اتمام فرآیند ساخت قطعاتقطعات ساخته شده با پرینتر سه بعدیل 1 شماتیکی از تکنولوژی مدلسازی رسوب ذوب شده FDMاصول کارکرد پرینترهای سه بعدی در سه مرحلههمان‌طور که گفته شد قبل از ساخت یک قطعه توسط پرینتر سه بعدی، طرح آن در ابتدا در نرم افزارهای طراحی ساخته شده و سپس به نرم افزارهای مخصوص چاپگر سه بعدی منتقل می‌شود. در ادامه به بررسی هر یک از مراحل مورد نظر در ساخت قطعه با پرینتر سه بعدی می‌پردازیم.مرحله 1: در مرحله اول فیلامنت و مواد اولیه به دور قرقره‌ای پیچیده شده و بر روی پرینتر نصب می‌شود. پس از این مرحله دمای نازل پرینتر به دمای مورد نظر می‌رسد و فیلامنت به درون اکسترودر هدایت می‌شود. در نهایت فیلامنت در درون نازل ذوب می‌شود. پس از ذوب شدن فیلامنت برای لایه نشانی آماده است و دستگاه می‌تواند لایه مورد نظر خود را تولید کند.مرحله 2: در مرحله بعدی مکانیزمی که سه درجه آزادی دارد و در راستاهای X و Y و Z حرکت کند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مکانیزم به اکسترودر متصل است. اکسترودر با استفاده از همین بازویی، ماده‌ مذاب را بر روی مسیرهای از پیش تعیین شده، لایه نشانی می‌کند. باتوجه‌به اینکه دمای پرینتر در این مرحله برای ذوب کردن فیلامنت بالا می‌رود، در این مرحله به کمک یک فن که در قسمت هد پرینتر قرار می‌گیرد، خنک و جامدسازی می‌شود.مرحله 3: در مراحل بعدی نازل پرینتر چندین مرحله این مسیر را طی می‌کنند تا تولید لایه‌های بعدی و در نهایت تولید قطعه با موفقیت انجام شود.توجه به تولید سریع در ساخت قطعه با پرینتر سه بعدییکی از مهم‌ترین اصل‌هایی که در ساخت چاپگر سه بعدی در نظر گرفته شده است، تسریع فرآیند تولید است. با استفاده از پرینتر سه بعدی می‌توان قطعات با حجم تولید کم را به صورت اقتصادی‌تر نیز تولید کرد. نمودار 1 مقایسه هزینه تولید در روش‌های سنتی و تولید افزایشی بر اساس حجم تولید را نشان می‌دهد.نمودار 1 مقایسه هزینه تولید در روشهای سنتی و تولید افزایشی براساس حجم تولیدبا استفاده از پرینتر سه بعدی زمان فرآیند پرینت برای چند قطعه به طور قابل‌ملاحظه‌ای کمتر می‌شود. در حالت کلی زمانی که برای پرینت سه بعدی در نظر گرفته می‌شود، کمتر از زمان مورد نیاز برای ساخت قالب‌ها و ابزارهای پیچیده شکل‌دهی است.نمودار 2 مقایسه هزینه تولید در فرآیندهای تولید افزایشی و کاهشی برحسب پیچیدگی هندسه قطعاتپیش از رایج شدن ساخت پرینتر سه بعدی، با توجه به پیچیده‌تر شدن قطعات، هزینه‌ تولید نیز به طور قابل‌ملاحظه‌ای افزایش پیدا می‌کرد. اما با استفاده از پرینترهای سه بعدی، با افزایش پیچیدگی قطعه، هزینه تولید آن تغییر آن چنانی نخواهد داشت و هزینه تولید تقریباً ثابت خواهد ماند. نمودار 2 مقایسه هزینه تولید در فرآیندهای تولید افزایشی و کاهشی برحسب پیچیدگی هندسه قطعات را نشان می‌دهد.مزایا و معایب ساخت پرینتر سه بعدی با تکنولوژی FDMاستحکام بالای قطعات ساخته شده توسط پرینتر سه بعدی:فرآیند استفاده شده در چاپ FDM قابلیت ساخت نمونه‌هایی مشابه قطعات اصلی را دارد. نمونه‌های FDM از مواد ABS تولید می‌شوند که استحکام محصول اصلی را تا 85% حفظ می‌کنند.به حداقل رساندن اتلاف مواد:در ساخت قطعه توسط پرینتر سه بعدی با استفاده از فرآیند FDM، قطعات مورد نظر توسط تزریق مواد نیمه مذاب تولید می‌شوند. همین نیمه مذاب بودن مواد باعث می‌شود تا اتلافات و هدررفت مواد و متریال اولیه به حداقل ممکن برسد. در نتیجه مواد مورد نیاز به میزان لازم و کافی استفاده می‌شود و اتلافات مواد اولیه کاهش می‌یابد.کاهش مراحل تولید قطعات:یکی از جالب‌ترین خصوصیاتی که فرآیندهای FDM دارند استفاده از سازه‌های پشتیبان شده است. با استفاده از WaterWorks و BASS سازه‌های پشتیبان ایجادشده به آسانی شکسته شده یا حل می‌شوند. بدین صورت پس از تولید قطعات عملیات خاصی برای پردازش مورد نیاز نمی‌باشد.لازم به ذکر است که ساخت قطعات با پرینتر سه بعدی و استفاده از این تکنولوژی برای تولید قطعات پیچیده مزایای دیگری نیز دارد که عبارت است از:خصوصی سازی سفارش و قابلیت تولید هر نوع سفارش پیچیدهاستفاده از مواد غیر سمی و نیمه مذابکاهش زمان تولید قطعات طراحی شدهکیفیت بالای قطعات تولید شده.با توجه به تمام مزایایی که برای چاپگر سه بعدی نام برده شد، استفاده از پرینتر سه بعدی با تکنولوژی FDM با مختصات قطبی معایبی نیز دارد. از جمله مهم‌ترین معایب چاپگرهای سه بعدی عبارت است از:محدودیت در مواد اولیه و متریال مورد نیازاستحکام پایین قطعات در راستای عمودطراحی و ساخت پرینتر سه بعدیامروزه پرینتر سه بعدی کاربردهای فراوانی در صنعت دارد و هر روز به تعداد آنها افزوده می‌شود. این پرینترها بر اساس ربات موازی دلتا ساخته می‌شوند و شش درجه آزادی دارند. همین مشخصات باعث شده تا این نوع از پرینترها در بین مابقی پرینترها مراحل ساخت پیچیده‌تری داشته باشند.لطفاً برای مطالعه ی نحوه ی ساخت پرینتر سه بعدی به سایت 3dRD مراجعه کنید.منبع: 3dRD.ir