چاپ سه بعدی با تکنولوژی FDM چیست؟
چاپ سه بعدی با تکنولوژی FDM (Fused Deposition Modeling=مدل سازی با رسوب ذوب شده)، یک روش اکستروژن مواد برای تولید افزودنی است که در آن مواد از طریق یک نازل اکسترود می شوند و برای ایجاد اشیاء سه بعدی به یکدیگر متصل می شوند.
به طور خاص، فرآیند “استاندارد” FDM با استفاده از ترموپلاستیکها به عنوان مواد اولیه، معمولاً به شکل رشتهها یا گلولهها، خود را از سایر تکنیکهای اکستروژن مواد، مانند چاپ سه بعدی بتن و مواد غذایی متمایز می کند.
بنابراین، یک چاپگر سه بعدی FDM معمولی، فیلامنت مبتنی بر پلیمر را میگیرد و آن را از یک نازل در حال حرارت عبور می دهد، که مواد را ذوب میکند و در لایههای دوبعدی روی پلتفرم ساخت میگذارد. در حالی که هنوز گرم هستند، این لایه ها با یکدیگر ترکیب میشوند تا در نهایت یک قطعه سه بعدی ایجاد کنند.
به طور کلی به عنوان ساده ترین راه برای چاپ سه بعدی پذیرفته شده است، FDM در دسترس، کارآمد و بسیار محبوب است.
چاپگرهای FDM بر بازار چاپ سه بعدی تسلط دارند، به طور قابل توجهی ساده تر از پرینت سه بعدی رزینی و بسیار ارزان تر از روش های مبتنی بر پودر مانند SLS هستند.
تکنولوژی FDM در چاپ سه بعدی چگونه کار میکند؟
در هسته خود، تکنولوژی FDM نسبتاً ساده است. عملکرد اصلی آن توسط دو سیستم مجزا انجام می شود: یکی مسئول اکستروژن و رسوب و دیگری برای حرکت سر نازل.
اکستروژن و رسوب گذاری:
به طور کلی، سیستم اکستروژن و رسوب را می توان به دو مجموعه اصلی تقسیم کرد: “انتهای سرد” و “انتهای داغ”.
ترموپلاستیکهای مورد استفاده در پرینت سه بعدی FDM اغلب به صورت قرقره های رشته ای هستند و انتهای سرد وظیفه تغذیه این ماده از قرقره به چاپگر سه بعدی را بر عهده دارد. همانند آن، انتهای سرد نیز سرعت انباشته شدن مواد در انتهای دیگر را کنترل میکند که اغلب به آن «جریان» میگویند.
از طرف دیگر، قسمت داغ مسئول گرم کردن مواد پلاستیکی متحرک تا جایی است که برای «پالایش کردن» (Purged) از طریق نازل کافی باشد. این مرحله شامل اجزای مختلفی از جمله کارتریج های گرمایشی، هیت سینکها و البته نازلها می شود.
انتهای سرد و گرم باید به طور هم افزایی عمل کنند تا مقدار مناسبی از مواد را در دمای مورد نیاز و حالت فیزیکی برای انباشتن صحیح لایهها اکسترود کنند.
مقایسه چاپ سه بعدی با تکنولوژی FDM با دیگر تکنیکهای چاپ سه بعدی:
FDM مزایای متعددی نسبت به سایر روش های چاپ سه بعدی دارد، اما دارای معایبی نیز می باشد. بیایید مزایا و معایب آن را در مورد عملکرد چاپ و کیفیت کلی قطعات در مقایسه با سایر تکنیکهای پرینت سه بعدی رایج فهرست کنیم.
عملکرد چاپ سه بعدی با تکنولوژی FDM:
مزایا:
مقیاس پذیری یکی از مهم ترین مزایای پرینت سه بعدی FDM است. بر خلاف پرینترهای سه بعدی رزینی، چاپگرهای FDM را می توان به راحتی در هر اندازه ای بزرگ کرد زیرا تنها محدودیت حرکت هر محور است.
یکی از بارزترین مزایای داشتن یک طراحی با مقیاس پذیری آسان، نسبت هزینه به اندازه است. به دلیل هزینه کم قطعه و طراحی ساده، چاپگرهای FDM به طور مداوم بزرگتر و ارزان تر می شوند.
در مورد هزینه، فیلامنت های FDM معمولی تا حد زیادی ارزان ترین مواد پرینت سه بعدی هستند، به خصوص در مقایسه با سایر روش های چاپ سه بعدی، مانند SLS و چاپ برپایه رزین.
مزیت دیگر در مورد مواد، انعطاف پذیری است. در هر چاپگر FDM، طیف گسترده ای از مواد ترموپلاستیک و فیلامنتهای عجیب و غریب را می توان با ارتقاء و اصلاح نسبتاً کمی چاپ کرد و این را نمی توان در مورد سبک های دیگر که در آن مواد باید رزین یا پودر ریز باشد، گفت.
در نهایت، تجربه کلی با چاپ FDM بسیار بهتر از رزین و SLS است. با FDM، برخلاف حمام های الکلی و انفجار هوای فشرده که برای این روش های جایگزین مورد نیاز است، هیچ مرحله تمیز کردن اضافی به جز برداشتن تکیه گاه ها وجود ندارد.
معایب:
پرینت سه بعدی FDM اما خالی از کاستی نیست. به دلیل سادگی و هزینه کلی اجزای آن، چاپگرهای FDM اغلب نیاز به دستکاری و تنظیم زیادی (یعنی تراز کردن بستر) دارند تا به سطح اطمینان و کیفیت سایر روش های چاپ برسند.
برخلاف رزین و SLS، FDM به شدت به حرکت فیزیکی متکی است. در نتیجه، علاوه بر کالیبراسیون، بسیاری از اجزای چاپگر FDM نیاز به نگهداری و توجه منظم دارند: کشش تسمه، تمیز کردن اکسترودر، روغن کاری ریل، و حتی تعویض قطعات مانند نازل های انتهای داغ.
در نهایت، چاپ FDM به شدت به کیفیت مواد اولیه وابسته است. دقت ابعادی ضعیف در یک فیلامنت میتواند منجر به چندین مشکل اکستروژن شود و ترکیب شیمیایی پلاستیک نیز میتواند فرآیند چاپ را مشکلساز کند. بعلاوه، قرقره های فیلامنتی باید به طور مناسب بسته بندی شوند تا از جذب رطوبت جلوگیری شود، که بر فرآیند چاپ نیز تأثیر می گذارد.
کیفیت چاپ سه بعدی با تکنولوژی FDM
این یک موضوع داغ است، زیرا بسیاری کیفیت چاپ را پاشنه آشیل پرینت سه بعدی FDM می دانند. در حالی که این ادعا بی اساس نیست، دیدگاه های مختلفی در اینجا وجود دارد که باید مورد توجه قرار گیرد.
مزایا:
کیفیت چاپ فقط به ظاهر نیست. عملکرد مکانیکی نیز در اینجا مهم است و FDM ارزش زیادی برای تولید قطعات عملکردی قوی و بادوام دارد، به خصوص در مقایسه با پرینت های سه بعدی رزین شکننده.
پرینت سه بعدی FDM نیز بسیار همه کاره است زیرا کیفیت چاپ را می توان به نفع سرعت و حتی استحکام قربانی کرد و آن را به ابزاری عالی برای تولید قطعات زیبایی شناختی دلپذیر و قطعات کاربردی تر و سخت تر تبدیل می کند.
با تنظیم مناسب کالیبراسیون و تنظیمات نرم افزار اسلایسر، چاپگرهای سه بعدی FDM می توانند به سطحی از کیفیت چاپ دست یابند که با توجه به هزینه دستگاه و فیلامنت، حتی در مقایسه با SLS و برخی پرینترهای سه بعدی رزین، شگفت انگیز است.
اگرچه قبلاً ذکر شد، انعطاف پذیری و در دسترس بودن مواد مختلف FDM نیز در اینجا نقش مهمی ایفا می کند. یک چاپگر سه بعدی FDM تنها با تغییر نوع فیلامنت می تواند قطعاتی با ویژگی ها و ظاهر کاملاً متفاوت تولید کند.
معایب:
با این حال، اگر زیبایی کلی و کیفیت پرداخت سطح مورد نیاز باشد، FDM می تواند مشکل ساز باشد. از آنجایی که مواد در لایههایی با ضخامت از پیش تعریفشده خاصی اکسترود میشوند، چاپهای با جزئیات به سختی به دست میآیند و اغلب برای به دست آوردن ظاهری حرفهای، به پردازش زیادی نیاز دارند.
گاهی اوقات چاپ قطعات کوچک با FDM نیز غیرممکن است. از آنجایی که اندازه استاندارد نازل ۰.۴ میلی متر است، هر جزئیات ریزتر نیاز به جایگزینی نازل دارد (تا ۰.۲ میلی متر)، و حتی در این صورت، به سادگی نمی تواند دقت و شفافیت رزین و چاپ سه بعدی SLS را شکست دهد.
یکی دیگر از معایب چاپ FDM این است که آنها یک نقطه ضعف ذاتی در چاپ ایجاد می کنند که آن در محل اتصال هر لایه به هم می باشد. می توان استدلال کرد که این برای هر فرآیند چاپ سه بعدی صادق است. در حالی که این درست است، این شرایط برای چاپ سه بعدی FDM بدتر است، زیرا استحکام اتصال بین لایه ها کمتر است.
فیلامنت:
در طول این مقاله، مواد اولیه برای پرینت سه بعدی FDM را ذکر کرده ایم که توسط بسیاری به سادگی به عنوان فیلامنت شناخته می شود؛ و این دقیقاً همان چیزی است که وجود دارد: یک رشته طولانی از مواد مبتنی بر پلیمر که در یک قرقره پیچیده شده است.
طبق قرارداد، قطر رشته فیلامنت ۱.۷۵ یا ۲.۸۵ میلی متر است و این بستگی به مجموعه اکستروژن چاپگر سه بعدی دارد.
متداول ترین فیلامنتها برای FDM عبارتند از PLA، PETG و ABS – در این ترتیب خاص. PLA شاید ساده ترین ماده برای پرینت سه بعدی با FDM باشد و همچنین زیست تخریب پذیر و بدون بو است.
نقطه ضعف آن مقاومت کم آن در برابر حرارت است که با دمای ۶۰ درجه سانتی گراد نرم می شود.
از سوی دیگر، PETG مقاومت دمایی بسیار بهتری را ارائه میکند، اما میتواند برای پرینت سهبعدی کمی دردسرساز باشد، زیرا بسیار مستعد به آرامی بیرون ریختن و تارعنکبوتی شدن است.
ABS در خواص مکانیکی حرف اول را می زند، اگرچه چاپ سه بعدی بدون محفظه چاپگر می تواند سخت باشد. ABS به دودهای سمی که در طول فرآیند چاپ آزاد می کند، شناخته شده است. به همین دلیل است که به یک محفظه نیاز است.
