شاید تا دهه‌های قبل تصور این که بتوان ایده‌ها را با سرعت به واقعیت تبدیل کرد، کمی دور از ذهن بود. امروزه می‌توان تمام اجزای آن چه از ذهن می گذرد را به کمک پرینترهای سه بعدی به دنیایی که ما در آن زندگی می‌کنیم دعوت کرد. پرینترهای سه بعدی در انواع مختلفی طراحی شده‌اند. طیف گسترده‌ای از کیفیت و مواد مختلف را در خروجی تحویل می‌دهند. پرینترها به چند دسته تقسیم می‌شوند و تفاوت آن‌ها در نحوه ساخت محصول و مواد اولیه و روش ساخت است. در ادامه پرینتر سه بعدی FDM را بررسی خواهیم کرد.
اکستروژن FDM در ۳D Print
در پرینتر سه بعدی FDM ترموپلاستیک‌ها و مواد شبه پلاستیک، مانند TPU به صورت فیلامنت آماده می‌شوند. اگر تصوری از فیلامنت ندارید، یک رشته ماکارونی بسیار بلند را تصور کنید که به دور یک قرقره پیچیده شده است. فیلامنت‌ها پس از این که در دمای ذوب خود قرا گرفتند، توسط یک نازل با قطری بین ۰٫۲۵ تا ۰٫۵ میلی متر خارج می‌شوند. به کمک مکانیزم CNC مواد ذوب شده بر روی یک صفحه با شکل پیش فرضی که ما برای دستگاه تعریف کرده ایم، منظور همان قطعه در حال پرینت است؛ قرار میگیرد. در این فرآیند قطعه به صورت لایه لایه شکل میگیرد. به این روش، روش FDM یا همان Fused Deposition Modelin گفته می‌شود.
همانطور که پیش از این اشاره کردم، هر قسمت به صورت لایه لایه بر روی هم قرار میگیرد. هر یک از این لایه‌ها از خطوطی طولانی به وجود آمده‌اند. برای درک بهتر عملکرد، توضیح مختصری درباره مکانیزم cnc خواهم داد. سی ان سی cnc به ماشینی گفته می‌شود که قابلیت حرکت در مختصاتی که ما برای آن تعریف می کنیم را داشته باشد. در گذشته میز دستگاه‌های فرز به کمک یک غربیلک به صورت دستی حرکت می‌کردند. عمل براده برداری با حرکتی که اپراتور دستگاه به وجود می‌آورد انجام می‌شد. اما دستگاه CNC همان حرکت‌هایی که اپراتور ایجاد می‌کرد را با دقتی باور نکردنی در دو بعد یا سه بعد انجام می‌دهد. طرح پروژه در نرم افزارهای طراحی سه بعدی کشیده می‌شود. به کمک نرم افزارهای دیگری به G-code تبدیل می‌شود. G-code زبانیست که دستگاه CNC به کمک آن برای انجام پروژه برنامه ریزی می‌شود. در نتیجه CNC به تنهایی یک دستگاه نیست. بلکه نوعی ماشین است که به کمک آن می‌توان دستگاه‌های مختلف از جمله فرزهای صنعتی، فرز چوب، برش لیزر، دستگاه تراش و … را به کمک کامپیوترها کنترل کرد.
پرینتر سه بعدی با تکنولوژی FDM در سه محور X ، Y و Z توانایی حرکت دارند. یا به عبارت دیگر یک دستگاه CNC با ۳ درجه آزادی هستند. قطعه توسط نرم افزارهای رایج پرینتر سه بعدی ، به G-code تبدیل می‌شوند. G-code همان مختصاتی است که نازل با دنبال کردن خطوط در محور X و Y یک لایه از جسم ما را شکل می‌دهد. به تصویر بالا توجه کنید، پس از آن که مواد ذوب شده از سر نازل خارج و در محل مورد نظر قرار گرفت. یک لایه از مدل به وجود آمده است.
دقت پرینتر سه بعدی FDM
شاید بازه دقت پرینترها که بین ۵۰ تا ۳۰۰ میکرون متغیر است به گوشتان آشنا باشد. این دقت مربوط به این مرحله از پرینت می‌باشد. یکی از تاثیر گذارترین پارامترها در کیفیت قطعه خروجی و زمان پرینتر سه بعدی FDM است. پس از کامل شدن لایه اول، محور Z حرکت می کند تا لایه دوم، سوم و … را به وجود آورد. یعنی نسبت به دقتی که در تنظیمات پرینت اعمال شده است، محور Z حرکت کرده (بین ۵۰ تا ۳۰۰ میکرون) و لایه بعدی روی آن شکل میگیرد. هر چه فاصله بین لایه‌ها کم‌تر باشد، زمان پرینت طولانی‌تر و سطح خارجی قطعه کیفیت بالاتری خواهد داشت. مباحث دیگری بر روی کیفیت نهایی قطعه تاثیر گذار است. به عنوان مثال سرعت حرکت نازل، دمای نازل، دمای صفحه ساخت و… برای آن که لایه اول سرد نشود و قطعه از روی میز جدا نشود، صفحه محصول به کمک یک المنت گرم می شود.
ساپورت گذاری در پرینتر ۳D
تصور کنید که می‌خواهید بر روی رودخانه‌ای عریض یک پل نصب کنید. این پل فقط به دو طرف رودخانه متصل شده است. به نظر شما این پل قابل اطمینان است؟ آیا می تواند وزن سازه‌اش را در وسط پل حفظ کند؟ جواب قطعا خیر است. این پل به ستون‌هایی نیاز دارد که بتواند وزن سازه را تحمل کند. ساپورت‌ها در پرینتر سه بعدی نقش پل‌هایی را دارند که در صورت نبودشان، مدل ما در آن قسمت فرو می‌ریزد و فرم خود را به دلیل خمیری (مذاب) بودن مواد از دست می‌دهد. اگر جایی از مدل زاویه‌ای منفی داشته باشد. نیاز به ساپورت گذاری در آن بخش وجود دارد. از ابتدا، همگام با مدل اصلی سازه ساپورت هم لایه لایه شکل میگیرد. در هنگام رسیدن به محل مورد نظر، مانند پل و بستری برای آن قسمت از مدل عمل کند. در انتها ساپورت‌ها از قطعه اصلی جدا می‌شوند.
تا حدودی با نحوه کارکرد پرینتر سه بعدی با تکنولوژی FDM آشنا شدید. در پست‌های بعدی آموزش‌هایی در خصوص انواع مدل‌های پرینتر سه بعدی FDM و چالش‌هایی که هنگام راه اندازی آن‌ها وجود دارد منتشر خواهم کرد. در انهای همین پست اگرسوالی در خصوص پرینتر سه بعدی دارید، آن را مطرح کنید تا به نقد و بررسی آن بپردازیم.
