چاپ سه بعدی به عنوان یک فناوری نوین در دهه‌های اخیر، تحول عظیمی در صنایع مختلف ایجاد کرده است. این فناوری که اولین بار 30 سال پیش معرفی شد، اکنون به یک ابزار اساسی برای تولید قطعات و نمونه‌سازی تبدیل شده است. پرینترهای سه بعدی انواع مختلفی دارند که پرینترهای FDM، SLA و SLS از جمله معروف‌ترین آنها هستند. در این مقاله از آی دیزاین، به بررسی کامل اجزای پرینتر سه بعدی FDM به عنوان یک نمونه ی کاملی از پرینتر سه بعدی پرداخته ایم.
اصلی ترین اجزای پرینتر سه بعدی، شامل صفحه ساخت، اکسترودر، هات‌اند، محورهای حرکتی، بدنه و محفظه، برد کنترل، منبع تغذیه، نمایشگر و رابط کاربری، درایور‌های استپر، فیلامنت و مواد مصرفی، فن‌های خنک‌کننده و سنسورها هستند. هر یک از این اجزا نقش حیاتی در فرآیند چاپ ایفا می‌کنند و آشنایی با عملکرد و ویژگی‌های آنها می‌تواند به بهبود کیفیت چاپ و جلوگیری از مشکلات رایج کمک کند. همچنین، روند‌های آینده در چاپ سه بعدی شامل پیشرفت‌های مواد مصرفی و بهبود سرعت و دقت، نویدبخش کاربردهای گسترده‌تر و پیشرفته‌تر در این فناوری است.
پیش از شروع مطالعه، در این کلیپ کوتاه می توانید معرفی مختصری از اجزای پرینتر سه بعدی را ملاحظه فرمایید:
جدول اجزای پرینتر سه بعدی
| جزء | توضیحات | مواد/ویژگی‌ها | وظیفه/کاربرد |
| صفحه ساخت (Bed) | سطحی که قطعه بر روی آن چاپ می‌شود | شیشه، آلومینیوم، PCB | چسبندگی قطعه، جلوگیری از تاب برداشتن |
| اکسترودر | بخشی که فیلامنت را به نازل هدایت می‌کند | سیستم مستقیم، سیستم Bowden | انتقال و فشار فیلامنت به سمت نازل |
| هات‌اند (Hot End) | بخشی که فیلامنت در آن ذوب می‌شود | نازل برنج، فولاد ضد زنگ، یاقوت سرخ، کاربید تنگستن | ذوب و اعمال فیلامنت |
| موتورهای پله‌ای | موتور‌هایی که حرکت دقیق را فراهم می‌کنند | موتورهای 20-25 نیوتن سانتی‌متر، 40-45 نیوتن سانتی‌متر، 50-56 نیوتن سانتی‌متر | حرکت محور‌ها و اکسترودر |
| تسمه‌ها | قطعاتی که حرکت را از موتور به محور‌ها منتقل می‌کنند | لاستیک یا مشتقات آن، دندانه‌دار | انتقال حرکت دقیق |
| میله‌های رزوه‌دار | میله‌هایی که حرکت در جهت Z را فراهم می‌کنند | فولاد، آلومینیوم | حرکت هد چاپ به بالا و پایین |
| برد کنترل (مادربرد) | کنترل‌کننده اصلی پرینتر | 8 بیتی، 32 بیتی، اتصال سیمی/بی‌سیم | پردازش دستورات چاپ، کنترل موتورها و سنسورها |
| منبع تغذیه | تأمین برق مورد نیاز پرینتر | ولتاژ 12 ولت، 24 ولت، ATX، Mean Well | تأمین انرژی الکتریکی برای تمامی اجزا |
| نمایشگر و رابط کاربری | ابزار کنترل و مشاهده وضعیت چاپ | LCD، صفحه لمسی | تنظیمات و کنترل فرآیند چاپ |
| درایور‌های استپر | کنترل‌کننده حرکات موتورهای پله‌ای | یکپارچه، خارجی، میکرو استپینگ | کنترل دقیق حرکت موتورها |
| فیلامنت | مواد مصرفی پرینتر سه بعدی | PLA، ABS، PETG، TPU، نایلون، پلی‌کربنات | ماده خام برای چاپ |
| فن‌های خنک‌کننده | خنک‌سازی قطعات و جلوگیری از مشکلات حرارتی | فن خنک‌کننده قطعه، فن خنک‌کننده هات‌اند | حفظ دمای مناسب، بهبود کیفیت چاپ |
| سنسورها | ابزار‌های دقیق برای اندازه‌گیری و کنترل | اند استاپ، سنسور‌های تراز بستر، سنسور‌های اتمام فیلامنت | بهبود دقت و کنترل فرآیند چاپ |
| سطح صفحه ساخت | لایه‌ای بر روی صفحه ساخت برای چسبندگی بهتر | شیشه، آلومینیوم | جلوگیری از تاب برداشتن و جدا شدن آسان قطعه |
| هد چاپ | بخشی که فیلامنت را ذوب و به بستر منتقل می‌کند | انتهای سرد و گرم، نازل‌ها | ذوب و اعمال فیلامنت بر روی بستر |
| سیستم تغذیه | انتقال فیلامنت به هد چاپ | سیستم Bowden، سیستم مستقیم | تغذیه فیلامنت به ناحیه ذوب |
این جدول تمامی اجزای مهم پرینتر سه بعدی را همراه با توضیحات، مواد/ویژگی‌ها و وظایف/کاربردهای آنها نشان می‌دهد. Top of Form
آناتومی و اجزای پرینتر سه بعدی FDM
قطعات مکانیکی
- صفحه ساخت (Bed)
صفحه ساخت یا بستر چاپ، یکی از اجزای کلیدی پرینترهای سه بعدی است که نقش مهمی در چسبندگی قطعه به بستر و جلوگیری از تاب برداشتن آن دارد. صفحه ساخت در دو نوع گرم‌شونده و غیر گرم‌شونده موجود است. صفحات گرم‌شونده باعث کاهش اختلاف دما بین فیلامنت و بستر می‌شوند و از تاب برداشتن قطعه جلوگیری می‌کنند. این صفحات معمولاً از مواد مختلفی مانند شیشه، آلومینیوم و PCB ساخته می‌شوند. صفحه‌های آلومینیومی به دلیل توانایی در توزیع یکنواخت حرارت و گرم شدن سریع‌تر، انتخاب محبوب‌تری هستند. در ادامه مفصل تر گفتگو خواهد شد.
- اکسترودر
اکسترودر وظیفه انتقال و ذوب فیلامنت را بر عهده دارد و به دو نوع مستقیم (Direct Drive) و Bowden تقسیم می‌شود. در سیستم مستقیم، اکسترودر و نازل نزدیک به هم قرار دارند و فیلامنت مستقیماً وارد نازل می‌شود. این سیستم برای فیلامنت‌های الاستیک مناسب است. در سیستم Bowden، اکسترودر دورتر از نازل قرار دارد و فیلامنت باید مسافت بیشتری را طی کند. این سیستم به دلیل کاهش وزن روی هد چاپ، سرعت و دقت بالاتری دارد. اجزای اصلی اکسترودر شامل موتور استپر، چرخ‌دنده و تنظیم‌کننده می‌باشد.
- هات‌اند (Hot End)
هات‌اند بخشی از پرینتر است که فیلامنت در آن ذوب می‌شود و از نازل خارج می‌گردد. این بخش از چندین جزء تشکیل شده است: نازل، بلوک حرارتی، هیت‌سینک، ترمیستور و فن خنک‌کننده. نازل‌ها از مواد مختلفی مانند برنج، استیل ضد زنگ و مس با روکش ساخته می‌شوند و در اندازه‌های مختلفی موجود هستند. بلوک حرارتی وظیفه انتقال حرارت به نازل را دارد و هیت‌سینک از انتقال حرارت به قسمت‌های بالایی جلوگیری می‌کند. ترمیستور دمای نازل را اندازه‌گیری و کنترل می‌کند و فن خنک‌کننده به حفظ دمای مطلوب کمک می‌کند.
محورهای حرکتی
- محورهای X، Y، Z
محورهای حرکتی X، Y و Z نقش مهمی در حرکت دقیق هد چاپ و بستر چاپ دارند. هر یک از این محور‌ها به کمک موتورها، تسمه‌ها، پولی‌ها و لید اسکرو‌ها حرکت می‌کنند:
- موتورها: موتورها، به‌ویژه موتورهای پله‌ای، وظیفه حرکت دقیق محورهای X، Y و Z را بر عهده دارند. این موتورها با استفاده از پالس‌های الکتریکی، حرکت دقیق و پله‌ای ایجاد می‌کنند.
- تسمه‌ها: تسمه‌ها نقش انتقال حرکت از موتورها به محورهای حرکتی را بر عهده دارند. تسمه‌ها با داشتن دندانه‌هایی که به پولی‌ها متصل می‌شوند، حرکت دقیق و بدون لغزش را تضمین می‌کنند.
- پولی‌ها: پولی‌ها، قطعاتی هستند که تسمه‌ها را به موتورها و محور‌ها متصل می‌کنند و نقش مهمی در انتقال حرکت ایفا می‌کنند.
- لید اسکرو‌ها: لید اسکرو‌ها، میله‌های رزوه‌داری هستند که حرکت دقیق محور Z را تأمین می‌کنند. این میله‌ها با تبدیل حرکت چرخشی موتور به حرکت خطی، امکان حرکت هد چاپ به بالا و پایین را فراهم می‌کنند.
- سیستم‌های حرکتی
سیستم‌های حرکتی مختلفی در پرینترهای سه بعدی استفاده می‌شود که شامل سیستم‌های کارتزین، CoreXY و دلتا می‌باشند:
- سیستم کارتزین: در این سیستم، هر محور به صورت جداگانه و مستقل حرکت می‌کند. این سیستم ساده‌ترین و متداول‌ترین نوع سیستم حرکتی در پرینترهای سه بعدی است و معمولاً در دستگاه‌های کوچک و متوسط استفاده می‌شود.
- سیستم CoreXY: در این سیستم، دو موتور به طور همزمان و هماهنگ برای حرکت محورهای X و Y استفاده می‌شوند. این سیستم باعث کاهش وزن بخش‌های متحرک و افزایش سرعت و دقت چاپ می‌شود.
- سیستم دلتا: در سیستم دلتا، سه موتور به صورت همزمان برای حرکت هد چاپ در تمامی محور‌ها استفاده می‌شوند. این سیستم دارای سرعت و دقت بالا و ساختار مکانیکی پیچیده‌ای است و بیشتر در دستگاه‌های پیشرفته و با حجم چاپ بزرگ استفاده می‌شود.
بدنه و محفظه
- مواد بدنه
بدنه پرینترهای سه بعدی معمولاً از مواد مختلفی ساخته می‌شود که شامل آلومینیوم، استیل و آکریلیک می‌باشد:
- آلومینیوم: آلومینیوم به دلیل وزن سبک، استحکام بالا و توانایی در انتقال حرارت، ماده‌ای محبوب برای ساخت بدنه پرینترهای سه بعدی است.
- استیل: استیل به دلیل سختی و پایداری بالا، در بدنه پرینترهای صنعتی و سنگین استفاده می‌شود.
- آکریلیک: آکریلیک یا پلاستیک شفاف، به دلیل وزن سبک و قابلیت برش و شکل‌دهی آسان، در ساخت بدنه‌های سبک و دستگاه‌های خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
اهمیت سختی و پایداری
بدنه پرینتر سه بعدی نقش مهمی در پایداری و دقت چاپ دارد. بدنه‌های سخت و پایدار از ارتعاشات و لغزش‌های ناخواسته جلوگیری می‌کنند و باعث افزایش دقت و کیفیت چاپ می‌شوند. بدنه‌های سبک و ضعیف ممکن است به مرور زمان تاب برداشته و کیفیت چاپ را کاهش دهند. همچنین، وجود محفظه در اطراف پرینتر می‌تواند به حفظ دمای مناسب در هنگام چاپ، کاهش نویز و جلوگیری از ورود گرد و غبار و ذرات خارجی کمک کند. انتخاب مواد مناسب برای بدنه و طراحی اصولی آن، تأثیر مستقیمی بر عملکرد و عمر مفید اجزای پرینتر سه بعدی دارد.
قطعات الکترونیکی در اجزای پرینتر سه بعدی
- برد کنترل (مادربرد)
برد کنترل یا مادربرد قلب پرینتر سه بعدی است که وظیفه هماهنگی و کنترل تمامی اجزای دستگاه را بر عهده دارد. این برد شامل یک میکروکنترلر است که به کمک فریمور‌های مختلفی مانند Marlin یا RepRap، دستورات چاپ را پردازش و اجرا می‌کند. برد کنترل با موتورها، سنسورها و منبع تغذیه ارتباط برقرار کرده و اطلاعات لازم را تبادل می‌کند. برد‌های کنترل در دو نوع 8 بیتی و 32 بیتی وجود دارند که نوع 32 بیتی به دلیل قدرت پردازش بالاتر، عملکرد بهتری را ارائه می‌دهد. همچنین، اتصال برد کنترل می‌تواند سیمی (از طریق پورت USB) یا بی‌سیم (از طریق Wi-Fi) باشد.
- منبع تغذیه
منبع تغذیه وظیفه تأمین برق مورد نیاز اجزای پرینتر سه بعدی را بر عهده دارد. این واحد می‌تواند به صورت داخلی در قاب پرینتر نصب شود یا به صورت یک واحد جداگانه در کنار پرینتر قرار گیرد. منبع تغذیه باید ولتاژ و جریان کافی برای تأمین انرژی تمامی اجزای پرینتر را فراهم کند. معمولاً منبع تغذیه‌های ATX و Mean Well با ولتاژ‌های خروجی 12 ولت و 24 ولت استفاده می‌شوند. ویژگی‌های ایمنی مانند فیوز‌ها و حفاظت حرارتی در منبع تغذیه اهمیت دارند تا از آسیب به دستگاه و کاربران جلوگیری شود.
- نمایشگر و رابط کاربری
نمایشگر و رابط کاربری نقش مهمی در کنترل و مدیریت فرآیند چاپ دارند. انواع نمایشگر‌ها شامل LCD و صفحه لمسی هستند که اطلاعات مربوط به وضعیت چاپ، تنظیمات و پیشرفت کار را نمایش می‌دهند. با استفاده از رابط کاربری، کاربر می‌تواند تنظیمات مختلفی مانند دما، سرعت و نوع فیلامنت را تنظیم کند و فرآیند چاپ را کنترل نماید. برخی از نمایشگر‌ها قابلیت اتصال به کارت حافظه یا USB را دارند که امکان بارگذاری فایل‌های چاپ را فراهم می‌کنند.
- درایور‌های استپر
درایور‌های استپر وظیفه کنترل حرکات موتورهای پله‌ای را بر عهده دارند. این درایور‌ها با ارسال پالس‌های الکتریکی به موتورها، حرکت دقیق و پله‌ای را ایجاد می‌کنند. درایور‌های استپر به دو نوع یکپارچه و خارجی تقسیم می‌شوند. نوع یکپارچه در مادربرد قرار دارد و نوع خارجی به صورت جداگانه نصب می‌شود. ویژگی‌های مهم درایور‌های استپر شامل میکرو استپینگ و کنترل جریان است که باعث افزایش دقت و کاهش نویز در حرکات موتور می‌شوند. میکرو استپینگ امکان تقسیم هر پله موتور به پله‌های کوچکتر را فراهم می‌کند و کنترل جریان به بهبود عملکرد موتور و کاهش حرارت تولیدی کمک می‌کند.
فیلامنت و مواد مصرفی
- انواع فیلامنت
فیلامنت‌ها مواد مصرفی اصلی در چاپ سه بعدی هستند که به صورت رشته‌های پلاستیکی تولید می‌شوند و توسط پرینتر ذوب و لایه به لایه بر روی هم قرار می‌گیرند. انواع مختلفی از فیلامنت‌ها وجود دارد که هر کدام دارای ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود هستند:
- مواد معمول:
- PLA (پلی‌لاکتیک اسید): یکی از محبوب‌ترین و پرکاربردترین فیلامنت‌ها، زیست‌تخریب‌پذیر و مناسب برای چاپ قطعات غیر صنعتی.
- ABS (آکریلونیتریل بوتادین استایرن): مقاوم در برابر حرارت و ضربه، مناسب برای قطعات صنعتی و مکانیکی.
- PETG (پلی‌اتیلن ترفتالات گلیکول): ترکیبی از PLA و ABS، مقاوم در برابر ضربه و رطوبت، مناسب برای کاربردهای مختلف.
- TPU (ترموپلاستیک پلی‌اورتان): انعطاف‌پذیر و کشسان، مناسب برای قطعاتی که نیاز به انعطاف دارند.
- مواد خاص:
- نایلون: بسیار مقاوم و انعطاف‌پذیر، مناسب برای قطعات مکانیکی و صنعتی.
- پلی‌کربنات: مقاوم در برابر حرارت و ضربه، مناسب برای کاربردهای صنعتی.
- کامپوزیت‌ها: ترکیبی از پلاستیک با مواد دیگر مانند چوب، فلز و کربن، برای ایجاد ظاهر و ویژگی‌های خاص.
- قطر فیلامنت
فیلامنت‌ها در دو قطر استاندارد 1.75 میلی‌متر و 3 میلی‌متر تولید می‌شوند. انتخاب قطر فیلامنت تأثیر زیادی بر عملکرد اکسترودر و کیفیت چاپ دارد:
- استاندارد 1.75 میلی‌متر: رایج‌ترین قطر فیلامنت، مناسب برای بیشتر پرینترهای FDM. این قطر به دلیل جریان یکنواخت‌تر و دقت بالاتر در چاپ محبوبیت بیشتری دارد.
- استاندارد 3 میلی‌متر: کمتر رایج اما همچنان در برخی از پرینترهای FDM استفاده می‌شود. این قطر فیلامنت برای کاربرد‌هایی که نیاز به حجم بیشتری از مواد دارند مناسب است.
قطعات و لوازم جانبی اضافی
- فن‌های خنک‌کننده
فن‌های خنک‌کننده نقش حیاتی در کیفیت نهایی چاپ دارند. این فن‌ها به دو نوع اصلی تقسیم می‌شوند:
- فن خنک‌کننده قطعه: این فن‌ها به خنک کردن لایه‌های تازه چاپ شده کمک می‌کنند تا از تاب برداشتن و تغییر شکل جلوگیری شود. این فن‌ها باعث افزایش دقت و کیفیت چاپ می‌شوند.
- فن خنک‌کننده هات‌اند: این فن‌ها برای جلوگیری از انتقال حرارت به قسمت‌های بالایی اکسترودر استفاده می‌شوند. خنک نگه داشتن هات‌اند به جلوگیری از مشکلاتی مانند گرفتگی نازل و حفظ کیفیت چاپ کمک می‌کند.
- سنسورها
سنسورها نقش مهمی در بهبود دقت و کارایی پرینترهای سه بعدی دارند. انواع مختلف سنسورها شامل:
- اند استاپ (End Stop): این سنسورها برای تعیین موقعیت نهایی محور‌ها استفاده می‌شوند و می‌توانند مکانیکی، نوری یا القایی باشند.
- سنسور‌های تراز بستر: سنسور‌هایی مانند BLTouch یا پروب‌های القایی برای تراز خودکار بستر چاپ استفاده می‌شوند. این سنسورها به تنظیم فاصله نازل از بستر کمک می‌کنند تا چاپ دقیق‌تری انجام شود.
- سنسور‌های اتمام فیلامنت: این سنسورها اتمام فیلامنت را تشخیص می‌دهند و چاپ را متوقف می‌کنند تا از چاپ ناقص جلوگیری شود.
اجزای حرکتی در پرینتر سه بعدی
- موتورهای پله‌ای یا استپر موتورها
موتورهای پله‌ای یا استپر موتور، اجزای اصلی برای حرکت دقیق و کنترل‌شده در پرینترهای سه بعدی هستند. این موتورها به صورت پله‌پله حرکت می‌کنند و کنترل دقیق‌تری را فراهم می‌کنند. سه نوع اصلی از موتورهای پله‌ای در پرینترهای سه بعدی استفاده می‌شوند:
- موتورهای 20-25 نیوتن سانتی‌متر: این موتورها برای کاربردهای سبک و کم‌بار مناسب هستند و معمولاً در اکسترودر‌های درایو مستقیم استفاده می‌شوند.
- موتورهای 40-45 نیوتن سانتی‌متر: این موتورها استانداردترین نوع موتورهای پله‌ای در پرینترهای سه بعدی هستند و برای بیشتر کاربرد‌ها مناسب‌اند.
- موتورهای 50-56 نیوتن سانتی‌متر: این موتورها قدرتمندترین نوع هستند و برای کاربرد‌هایی با بار سنگین یا نیاز به دقت بالا استفاده می‌شوند.
- تسمه‌ها
تسمه‌ها اجزای مهمی برای انتقال حرکت از موتورها به محور‌ها هستند. این تسمه‌ها معمولاً از لاستیک یا مشتقات آن ساخته می‌شوند و دارای دندانه‌هایی هستند که با پولی‌ها هماهنگ می‌شوند. ویژگی‌های مهم تسمه‌ها شامل:
- انواع و مواد: لاستیک یا مواد ترکیبی.
- ویژگی‌ها: دندانه‌ها، فاصله و ضخامت که بر دقت و کارایی حرکت تأثیر می‌گذارند.
- میله‌های رزوه‌دار
میله‌های رزوه‌دار یا لید اسکرو‌ها برای حرکت در جهت Z استفاده می‌شوند و تفاوت‌های قابل توجهی با پیچ‌های سرب دارند. این میله‌ها حرکت چرخشی موتور را به حرکت خطی تبدیل می‌کنند و دقت بالایی را فراهم می‌کنند. انتخاب ابعاد مناسب میله‌های رزوه‌دار بسیار مهم است زیرا ضخامت و گام دندانه‌ها بر عملکرد نهایی تأثیر می‌گذارد.
واحد منبع تغذیه و مشخصات و ولتاژ‌ها در اجزای پرینتر سه بعدی
واحد منبع تغذیه (PSU) وظیفه تأمین انرژی الکتریکی برای تمامی اجزای پرینتر سه بعدی را بر عهده دارد. مشخصات مهم منبع تغذیه شامل:
- ولتاژ خروجی: به طور معمول 12 ولت یا 24 ولت DC. انتخاب صحیح ولتاژ خروجی برای جلوگیری از آسیب به قطعات و تضمین عملکرد صحیح دستگاه اهمیت زیادی دارد.
- اهمیت انتخاب صحیح: انتخاب منبع تغذیه با توان و ولتاژ مناسب نه تنها به کارایی دستگاه کمک می‌کند بلکه ایمنی و دوام آن را نیز تضمین می‌کند.
صفحه ساخت یا بد یا بستر چاپ
صفحه ساخت یا بستر چاپ، محلی است که قطعه سه بعدی بر روی آن ساخته می‌شود. این صفحه می‌تواند از مواد مختلفی ساخته شود:
- مواد: شیشه، آلومینیوم. شیشه برای قطعات با دقت بالا و آلومینیوم برای چاپ‌هایی که نیاز به چسبندگی بیشتر دارند مناسب است.
- اشکال: مربع، مستطیل، دایره‌ای. انتخاب شکل مناسب بستگی به نوع چاپ و طراحی دستگاه دارد.
- قیمت و تفاوت‌ها: بسته به مواد و ابعاد، صفحات ساخت قیمت‌های متفاوتی دارند و هر یک ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند.
- تأثیر در تاب برداشتن و چسبندگی: سطح مناسب صفحه ساخت می‌تواند از تاب برداشتن قطعه جلوگیری کند و فرآیند چاپ را بهبود بخشد. این سطح باید به گونه‌ای باشد که قطعه پس از پایان چاپ به راحتی از بستر جدا شود بدون اینکه به آن آسیب وارد شود.
هد چاپ
هد چاپ یا اکسترودر یکی از اجزای اصلی پرینتر سه بعدی است که فیلامنت را ذوب و لایه به لایه به سطح ساخت اعمال می‌کند. هد چاپ شامل دو بخش اصلی است: انتهای سرد و انتهای گرم.
- انتهای سرد: بخشی از هد چاپ که فیلامنت به داخل آن وارد می‌شود و تا رسیدن به ناحیه ذوب، خنک نگه داشته می‌شود. این بخش از اکسترودر، فشار فیلامنت را کنترل کرده و آن را به سمت ناحیه گرم هدایت می‌کند.
- انتهای گرم: بخشی که فیلامنت در آن ذوب می‌شود و از طریق نازل به بستر چاپ منتقل می‌گردد. انتهای گرم شامل یک نازل، بلوک حرارتی، هیت‌سینک و ترمیستور است که هر کدام وظیفه‌ای مهم در فرآیند ذوب و اعمال فیلامنت دارند.
همچنین، نازل‌ها از مواد مختلفی ساخته می‌شوند که هر کدام ویژگی‌های خاصی دارند:
- برنج: رایج‌ترین ماده نازل‌ها، که به دلیل قیمت مناسب و کارایی بالا محبوبیت دارد. برنج برای اکثر فیلامنت‌های رایج مناسب است.
- فولاد ضد زنگ: مقاوم در برابر سایش و خوردگی، مناسب برای فیلامنت‌های ساینده و فیلامنت‌های دارای ذرات فلزی.
- یاقوت سرخ: بسیار مقاوم و با دوام، مناسب برای کاربردهای خاص و فیلامنت‌های بسیار ساینده.
- کاربید تنگستن: مقاوم در برابر حرارت و سایش، مناسب برای فیلامنت‌های تخصصی و صنعتی.
سیستم اکسترود و نازل ها
سیستم تغذیه در پرینترهای سه بعدی به دو نوع اصلی تقسیم می‌شود: سیستم Bowden و سیستم مستقیم.
- سیستم Bowden: در این سیستم، اکسترودر از نازل دور است و فیلامنت از طریق یک لوله تفلون به ناحیه گرم منتقل می‌شود. این طراحی باعث کاهش وزن هد چاپ و افزایش سرعت و دقت حرکت می‌شود. مزایا شامل کاهش وزن هد و بهبود حرکت سریع است، اما معایبی مانند کاهش دقت تغذیه فیلامنت‌های انعطاف‌پذیر دارد.
- سیستم مستقیم: در این سیستم، اکسترودر نزدیک به نازل قرار دارد و فیلامنت مستقیماً وارد ناحیه گرم می‌شود. این طراحی برای فیلامنت‌های انعطاف‌پذیر مناسب‌تر است و دقت بالاتری در تغذیه فیلامنت فراهم می‌کند. مزایا شامل دقت بالا و تغذیه بهتر فیلامنت‌های انعطاف‌پذیر است، اما وزن بیشتر هد چاپ و کاهش سرعت حرکت از معایب آن است.
نگهداری و عیب‌یابی اجزای پرینتر سه بعدی
در استفاده از پرینترهای سه بعدی، ممکن است با مشکلات مختلفی روبرو شوید که برخی از رایج‌ترین آنها عبارتند از:
- گرفتگی نازل: این مشکل زمانی رخ می‌دهد که فیلامنت در داخل نازل گیر کرده و جریان مواد را متوقف می‌کند. این مشکل معمولاً به دلیل استفاده از فیلامنت با کیفیت پایین یا تنظیمات نادرست دما رخ می‌دهد.
- مشکلات چسبندگی بستر: عدم چسبندگی مناسب فیلامنت به بستر چاپ می‌تواند منجر به جابجایی قطعه و نقص در چاپ شود. این مشکل معمولاً با تنظیم صحیح دمای بستر و استفاده از مواد چسبنده مناسب حل می‌شود.
- جابجایی لایه‌ها و از دست رفتن گام‌ها: این مشکل معمولاً به دلیل تنظیمات نادرست سرعت چاپ، مشکلات مکانیکی در محور‌ها یا لغزش تسمه‌ها رخ می‌دهد.
همچنین، برای جلوگیری از بروز مشکلات و حفظ عملکرد بهینه پرینتر سه بعدی، انجام نگهداری‌های منظم و پیشگیرانه ضروری است:
- تمیزکاری منظم: تمیز کردن نازل، بستر چاپ و سایر اجزا به صورت منظم می‌تواند از گرفتگی و مشکلات دیگر جلوگیری کند.
- روغن‌کاری قطعات متحرک: روغن‌کاری منظم محورهای حرکتی، تسمه‌ها و سایر قطعات متحرک باعث کاهش سایش و افزایش عمر مفید دستگاه می‌شود.
- بروزرسانی فریمور: بروزرسانی منظم فریمور دستگاه به نسخه‌های جدیدتر می‌تواند باعث بهبود عملکرد، افزایش دقت و رفع مشکلات نرم‌افزاری شود.
اجزای پرینتر سه بعدی در فناوری های دیگر
پرینترهای سه بعدی با استفاده از فناوری‌های مختلفی طراحی و ساخته می‌شوند که هر کدام دارای ویژگی‌ها، مزایا و معایب خاص خود هستند. علاوه بر فناوری FDM (مدل‌سازی ته‌نشینی ذوب‌شده)، پرینترهای سه بعدی دیگر نیز وجود دارند که از فناوری‌های SLA (استریولیتوگرافی)، SLS (تف‌جوشی لیزری انتخابی) و DLP (پردازش نور دیجیتال) استفاده می‌کنند. هر یک از این فناوری‌ها دارای اجزا و مکانیسم‌های منحصر به فردی هستند که در ادامه توضیح داده می‌شوند.
- فناوری SLA (استریولیتوگرافی) پرینترهای SLA از یک لیزر UV برای جامدسازی رزین مایع استفاده می‌کنند. این فرآیند شامل یک مخزن رزین مایع، یک لیزر UV و یک آینه بازتاب‌دهنده است. لیزر با حرکت دقیق و هماهنگ، لایه به لایه رزین را جامد می‌کند و قطعه نهایی را شکل می‌دهد. اجزای اصلی پرینترهای SLA شامل مخزن رزین، لیزر UV، سیستم اسکن لیزر و پلتفرم ساخت می‌باشند. دقت بالای این فناوری، آن را برای ساخت قطعات دقیق و با جزئیات بالا مناسب می‌کند.
- فناوری SLS (تف‌جوشی لیزری انتخابی) پرینترهای SLS از یک لیزر قوی برای ذوب و تف‌جوشی پودر مواد استفاده می‌کنند. این پودر‌ها می‌توانند شامل پلاستیک، فلز یا سرامیک باشند. لیزر با حرکت بر روی سطح پودر، لایه به لایه آن را ذوب می‌کند و قطعه نهایی را تشکیل می‌دهد. اجزای اصلی پرینترهای SLS شامل مخزن پودر، لیزر، سیستم اسکن لیزر و پلتفرم ساخت می‌باشند. این فناوری برای ساخت قطعات با استحکام بالا و کاربردهای صنعتی مناسب است.
- فناوری DLP (پردازش نور دیجیتال) پرینترهای DLP از یک پروژکتور دیجیتال برای تاباندن نور بر روی رزین حساس به نور استفاده می‌کنند. این پروژکتور با ایجاد تصاویر دیجیتال از هر لایه، رزین را جامد می‌کند. اجزای اصلی پرینترهای DLP شامل مخزن رزین، پروژکتور دیجیتال و پلتفرم ساخت می‌باشند. دقت بالا و سرعت ساخت بالاتر از مزایای این فناوری محسوب می‌شود.
چرا به معرفی اجزای پرینتر سه بعدی FDM پرداختیم؟
فناوری FDM به دلیل سادگی، هزینه کم و قابلیت استفاده از مواد مختلف، یکی از پرکاربردترین فناوری‌های چاپ سه بعدی است. پرینترهای FDM از فیلامنت‌های پلاستیکی استفاده می‌کنند که به صورت لایه به لایه ذوب شده و تشکیل قطعه نهایی را می‌دهند. اجزای اصلی پرینترهای FDM شامل اکسترودر، هات‌اند، صفحه ساخت و محورهای حرکتی است. این فناوری به دلیل هزینه کمتر مواد مصرفی و دستگاه، برای کاربردهای خانگی، آموزشی و نمونه‌سازی سریع بسیار مناسب است.
تفاوت‌ها و شباهت‌ها بین اجزای پرینتر سه بعدی در فناوری های مختلف
مزایا و معایب پرینتر سه بعدی در هر یک از فناوری ها خاص آن فناوریست. در حالی که فناوری FDM به دلیل هزینه پایین و سادگی استفاده محبوب است، فناوری SLA دقت و جزئیات بیشتری را ارائه می‌دهد. فناوری SLS برای کاربردهای صنعتی و ساخت قطعات با استحکام بالا مناسب است، در حالی که فناوری DLP سرعت ساخت بالاتر و دقت مناسبی دارد. شباهت اصلی بین این فناوری‌ها این است که همه آنها از فرآیند لایه‌لایه برای ساخت قطعه استفاده می‌کنند، اما تفاوت‌های آنها در نوع مواد مصرفی، منبع انرژی (لیزر یا نور) و دقت و سرعت ساخت است.
انتخاب فناوری مناسب بستگی به نیاز‌های خاص کاربر، نوع قطعات مورد نیاز و بودجه دارد. آشنایی با ویژگی‌ها و اجزای هر یک از این فناوری‌ها می‌تواند به انتخاب بهتر و استفاده بهینه‌تر از چاپ سه بعدی کمک کند.
سخن آخر
پرینترهای سه‌بعدی با فراهم کردن امکان تولید قطعات پیچیده و دقیق، نقش مهمی در پیشرفت‌های تکنولوژیکی و صنعتی ایفا می‌کنند. آشنایی با اجزای پرینتر سه بعدی و درک عملکرد هر یک از آنها می‌تواند به کاربران کمک کند تا از ظرفیت‌های کامل این فناوری بهره‌مند شوند. از اجزای مکانیکی مانند صفحه ساخت و اکسترودر گرفته تا قطعات الکترونیکی مانند برد کنترل و منبع تغذیه، هر بخش نقشی حیاتی در عملکرد کلی پرینتر سه‌بعدی دارد.
پیشرفت‌های مستمر در مواد مصرفی و تکنولوژی‌های چاپ سه‌بعدی، نویدبخش آینده‌ای روشن برای این صنعت هستند. با توسعه فیلامنت‌های جدید و بهبود دستگاه‌ها، امکان چاپ قطعات با دقت بالاتر، سرعت بیشتر و ویژگی‌های خاص فراهم می‌شود. همچنین، نوآوری‌هایی مانند چاپ چند ماده‌ای و بیوپرینتینگ، مرزهای جدیدی را در کاربردهای پزشکی و صنعتی ایجاد می‌کنند.
درک عمیق از اجزای مختلف پرینتر سه‌بعدی و نگهداری صحیح از آنها، می‌تواند به کاربران کمک کند تا از دستگاه خود بهره‌وری بیشتری داشته باشند و به نتایج بهتری دست یابند. با توجه به این موارد، چاپ سه‌بعدی همچنان به عنوان یکی از فناوری‌های کلیدی و تحول‌آفرین در دنیای مدرن باقی خواهد ماند. در ایران شرکت آی دیزاین به عنوان پیشرو در صنعت تولید پرینترهای سه بعدی با فناوری های به روز و دانش بنیان، توانسته بخش بزرگی از نیاز کشور به پرینترهای سه بعدی را اولین بار در ایران رفع نماید و با ساخت پرینترهای سه بعدی و تولید اجزای پرینتر سه بعدی، خروج ارز از کشور را کاهش دهد.
سؤالات متداول در مورد اجزای پرینتر سه بعدی
چگونه می‌توان کیفیت چاپ را با تغییر نازل بهبود داد؟ تغییر نازل به نازل‌هایی با قطر کمتر می‌تواند دقت جزئیات چاپ را افزایش دهد، در حالی که نازل‌های با قطر بزرگتر برای چاپ سریع‌تر و قطعات بزرگتر مناسب هستند. استفاده از نازل‌های با مواد مقاوم‌تر مانند فولاد ضد زنگ یا یاقوت سرخ نیز می‌تواند دوام نازل و کیفیت چاپ را بهبود بخشد.
چه عواملی بر طول عمر موتورهای پله‌ای تأثیر می‌گذارند؟ عواملی مانند بارگذاری بیش از حد، حرارت زیاد، نگهداری نامناسب و استفاده مداوم از موتورهای پله‌ای می‌تواند بر طول عمر آنها تأثیر بگذارد. انجام نگهداری منظم و استفاده از موتورهای با کیفیت می‌تواند طول عمر آنها را افزایش دهد.
چگونه می‌توان از تاب برداشتن قطعات بزرگ جلوگیری کرد؟ استفاده از بستر گرم‌شونده، تنظیم دمای مناسب بستر و محیط چاپ، استفاده از مواد چسبنده مناسب بر روی بستر و بهبود تنظیمات چاپ (مانند سرعت و دمای نازل) می‌تواند به جلوگیری از تاب برداشتن قطعات بزرگ کمک کند.
چگونه می‌توان از نویز و لرزش پرینتر سه بعدی کاست؟ استفاده از پایه‌های ضد لرزش، کاهش سرعت چاپ، محکم کردن قطعات متحرک و استفاده از درایور‌های استپر با کیفیت بالا می‌تواند نویز و لرزش پرینتر سه بعدی را کاهش دهد.
آیا استفاده از سیستم تغذیه مستقیم برای همه انواع فیلامنت‌ها مناسب است؟ سیستم تغذیه مستقیم برای فیلامنت‌های انعطاف‌پذیر مانند TPU و نایلون بسیار مناسب است، زیرا فیلامنت به صورت مستقیم و بدون کشیدگی به نازل وارد می‌شود. با این حال، برای فیلامنت‌های سفت‌تر، سیستم Bowden نیز می‌تواند به خوبی عمل کند.
چگونه می‌توان اکسترودر را تمیز نگه داشت؟ استفاده منظم از ابزار‌های تمیزکننده مانند سیم‌های نازک یا سوزن‌های تمیزکننده برای باز کردن نازل، استفاده از فیلامنت‌های تمیزکننده و جلوگیری از استفاده از فیلامنت‌های با کیفیت پایین می‌تواند به تمیز نگه داشتن اکسترودر کمک کند.
چگونه می‌توان از خرابی منبع تغذیه جلوگیری کرد؟ استفاده از منبع تغذیه با کیفیت بالا، اطمینان از خنک‌سازی مناسب منبع تغذیه، جلوگیری از بارگذاری بیش از حد و بررسی منظم ولتاژ و جریان خروجی می‌تواند به جلوگیری از خرابی منبع تغذیه کمک کند.
چه تنظیماتی می‌توان برای بهبود چسبندگی اولین لایه انجام داد؟ تنظیم ارتفاع نازل به طور دقیق، استفاده از مواد چسبنده مانند نوار چسب یا اسپری‌های مخصوص بر روی بستر، تنظیم دمای بستر و نازل به طور مناسب و کاهش سرعت چاپ اولین لایه می‌تواند به بهبود چسبندگی اولین لایه کمک کند.
