پرینتر سه بعدی FDM یا متریال ترموپلاستیک و انواع آن کدامند؟

پرینتر سه بعدی FDM ، که گاهی به عنوان ساخت رشته ذوب شده شناخته می شود، محبوبترین نوع پرینتر سه بعدی در سطح مصرف‌کنندگان است.

هرچه صنایع بیشتری برای کمک به عملیات پروتوتایپ و پر کردن شکاف در زنجیره ساخت به دستگاههای تولید افزودنی (۳D Printer) روی می آورند، اهمیت آنها هم افزایش می یابد.

اصطلاح چاپ سه بعدی مجموعه ای از فرآیندها و فناوری ها را پوشش می دهد که طیف کاملی از قابلیتها را برای تولید قطعات و محصولات در مواد مختلف ارائه می دهد. اساساً، وجه اشتراک همه فرآیندها و فناوری‌های ۳D Print، شیوه‌ای است که در آن تولید لایه به لایه در یک فرآیند افزایشی انجام می‌شود که برخلاف روش‌های سنتی کاهنده یا فرآیندهای قالب‌گیری/ریخته‌گری است. کاربردهای پرینتر سه بعدی روز به روز بیشتر در حال ظهور است و همچنان بطور گسترده در بخش های صنعتی، سازنده و مصرف کننده عام نفوذ میکند. اکثر مفسران فناوری موافقند که از امروز، ما تازه شروع به دیدن پتانسیل واقعی چاپگرهای سه بعدی کرده ایم.

مدل سازی رسوب ذوب شده (پرینتر سه بعدی (FDM) )، که گاهی به عنوان ساخت رشته ذوب شده شناخته می شود، محبوبترین نوع پرینتر سه بعدی در سطح مصرف‌کنندگان است. بله همان پرینترهایی که شما روی میز میبینید؛ اما روش کار چیست؟ خب، ساده است چون آنها رشته‌های ترموپلاستیک را از طریق یک نازل گرم شده بیرون می آورند و صدها لایه‌ ذوب شده دقت میکرونی را بر اساس هندسه سه بعدی روی هم ایجاد می کنند.

این روش برای نمونه سازی سریع و کم هزینه قطعات ساده یا اثبات ساخت مدلهای مفهومی ایده آل است. چاپگرهای سه بعدی FDM مزایای بسیاری ارائه می دهند. آنها بطور معمول بادوامتر از سایر انواع چاپگرها هستند و قادر به تولید قطعات با کیفیت بالا هستند. این اقتصادی بودن و راحتی استفاده برای اکثر افراد از آماتور تا مهندسان حرفه ای مناسب است. چاپگرهای FDM با طیف گسترده ای از مواد که معمولاً پلاستیک های ABS و PLA هستند سازگار هستند. FDM همچنین ساده ترین فناوری چاپ سه بعدی برای یادگیری و کار است.

پرینترهای سه بعدی صنعتی از اواخر دهه ۱۹۸۰ وجود داشته اند، اما از سالهای بعد، دستگاههای ارزان برای کاربران معمولی نیز تجاری شد. حتما غافلگیر خواهید شد اگر بدانید این دستگاهها حالا در ۴ پلتفرم اصلی عرضه میشوند: کارتزین (دکارتی) – دلتایی – مدور (قطبی/پلار) و بازو رباتی (اسکارا). بنابراین، اگر مطمئن نیستید که کدام ساختار بهترین وجه متناسب با نیازهای شما باشد، این مقاله آنرا توضیح می دهد و تفاوتهای بین هر یک از چهار نوع اصلی چاپگر FDM را بر اساس نیازهای شما تجزیه و تحلیل میکند.

چاپگرهای سه بعدی دکارتی – Cartesian

پرینترهای دکارتی رایجترین نوع دستگاه FDM هستند. همه افرادی که کلمه پرینتر سه بعدی را میشنوند این نوع دستگاه را تصور میکنند. آنها اولین چاپگرهایی بودند که از جنبش اوپن سورس REPRAP بیرون آمدند و قیمت ۳DPrinter را از چند هزار دلار به چند صد در حال حاضر کاهش دادند.

واقعیت جالب: پرینترهای دکارتی به دلیل سیستم ریاضی مختصات دکارتی که برای اولین بار توسط رنه دکارت در قرن ۱۷ کشف شده است ، چنین نامگذاری شده اند. این نوع پرینترها دقیقاً همان الگوی ریاضی را دنبال می کنند: آنها به مختصات X ، Y و Z متکی هستند تا نازل را در مکان صحیح برای چاپ رشته پلاستیک قرار دهند.

معمولاً نازل بر روی محورهای X و Y حرکت مینماید، در حالی که بستر روی محور z به سمت بالا و پایین تحرک دارد. برخی از انواع دیگر میتوانند نازل را برای هر لایه به سمت بالا و پایین هم حرکت می دهند یا بستر چاپ به سمت بالا و پایین میرود. تمام این حالتها یک ساختار پرینت قوی ایجاد و منجر به تولید افزایشی مداوم، دقیق و ثابت میشود.

پرینترهای دکارتی ساختار ساده، قابل اعتماد دارند و میتوانند به راحتی از هم جدا و بروز شوند که منجر به ظهور تعدادی بسیاری کیت مونتاژ اوپن سورس در سطح جهانی شده است. به همین دلیل بسیاری از شرکتهای موفق تصمیم به ساختن چاپگرهای کلاسیک FDM، از جمله Creality ، Makerbot ، Ultimaker ، Raise3D و بسیاری دیگر گرفته‌اند. اگرچه انواع دیگر چاپگر FDM در دو سال گذشته محبوبیت بیشتری پیدا کرده اند، انواع دکارتی هنوز هم مهمترین چاپگر FDM هستند که امروزه استفاده می شوند.

چاپگرهای دلتایی – Delta

اگرچه به اندازه چاپگرهای سه بعدی دکارتی محبوب نیست، اماDelta  با پیشرفت فناوری FDM بطور فزاینده ای مشاهده و ارزانتر میشوند.

مقایسه پرینترهای دکارتی با دلتایی

تفاوت عمده بین این دو نوع چاپگر در جایی است که بستر ساخت و تعیین نحوه حرکت قرار دارد مثلا در یک چاپگر سه بعدی دکارتی، هر قسمت فقط میتواند در یک جهت حرکت کند – در فاصله مشخصی در پایین هر محور. با این حال، در یک چاپگر سه بعدی دلتا، نازل بسیار انعطاف پذیرتر است و میتواند از هر جهت حرکت کند ولی بستر ساخت ثابت باقی می ماند.

چاپگرهای دلتا باریکتر و بلندتر هستند – آنها به ارتفاع بیشتری نیاز دارند در نتیجه امکان چاپ ساختارهای بلندتر را نیز ارائه میدهند. بنابراین اگر در حال چاپ قطعات بلند هستید، به سمت خرید یک چاپگر Delta بروید. اگرچه یک نکته مهم را در نظر داشته باشید: دستگاههای دکارتی باید از همان چاپگر دلتایی بزرگتر شوند تا حجم ساخت یکسانی داشته باشند، اما سازگارتر هستند و نسبت به لبه‌های منطقه چاپ، بهینه‌تر خواهند بود.

در کل: چاپگرهای سه بعدی دکارتی دقیقتر و با کیفیت بهتر در نظر گرفته می شوند. پرینترهایDelta  در عوض سریعتر هستند. این اختلاف کیفیت چاپ، معمولا جزیی است، درحالیکه سرعت چاپگرهای دلتا قابل توجه میباشد.

پرینترهای سه بعدی دکارتی همچنین برای چاپ رشته‌های منعطف مانند TPU بهترین هستند، زیرا آنها اغلب از اکسترودرهای درایو مستقیم (یک تکه یا یکپارچه) استفاده می کنند که بهتر از اکسترودرهای Bowden (دو تکه)در نظر گرفته می شوند ، که همیشه در چاپگرهای Delta 3D وجود دارد. بنابراین برای سازندگان که به دنبال چاپ قطعات انعطاف پذیر، مانند قالب کفی کفش، دستگیره، قاب موبایل و سایر قسمتها هستند، یک چاپگر دکارتی را ترجیح می دهید.

اگر بین یک چاپگر سه بعدی دکارتی یا دلتایی انتخاب می کنید، به این فکر کنید که آیا اولویت شما سرعت است یا کیفیت پرینت و قوام.

چاپگرهای قطبی – Polar

چاپگرهای دایره ای یا قطبی شبیه نوع دلتایی یا دکارتی نیستند، اما دوباره جنبه هایی وجود دارد که بنظر آشنا هستند. آنها قطبی خوانده می شوند زیرا از یک سیستم مختصات قطبی استفاده مینمایند و به موجب آن هر نقطه در بستر چاپ با توجه به موقعیت آن با نقطه مرکزی وسط بستر چاپ تعیین میشود. به نظر پیچیده میرسد و با محاسبه مغز ما دشوار است، زیرا هر نقطه یک مکان اسمی نیست بلکه نسبت به این نقطه مرکزی است.

در نتیجه، بجای بستر ساخت مربع یا مستطیل، چاپگرهای قطبی دارای بستر دایره ای هستند که می چرخند و بالا و پایین می شوند تا چاپ سه بعدی کارآمد باشد.

واقعیت جالب: گرچه اصطلاح مختصات قطبی به گرگوریو فونتانا نسبت داده می شود، اما الکسیس کلروت برای اولین بار مختصات سه بعدی قطبی را متصور شد و ریاضیدان سوئیسی، لئونارد اویلر اولین کسی بود که آن را توسعه داد.

محاسبه فاصله و زاویه از نقطه مرکزی، با یک بستر چاپی که خود را به موقعیت صحیح می چرخاند، بدان معنی است که الزام به بستر گرم و برخی مشکلات مرسوم نوع دلتا و دکارتی در این سیستم وجود ندارد. ساخت چاپگر سه بعدی قطبی L شکل (بجای مکعب یا استوانه ای برای چاپگرهای دکارتی و دلتا) کارآمد است و به این معنی است که حداقل اتلاف فضای پرینت فراهم میشود، آنهم با قطعات بسیار بزرگ قابل پرینت در یک محفظه مدور نسبتاً کوچک- یک مزیت خوب: فضای زیادی لازم ندارید درحالیکه قطعات بزرگی میسازید.

پرینترهای سه بعدی قطبی (Polar) فقط به دو موتور نیاز دارند تا چاپ کنند و فقط با زاویه و طول در محاسبه مناطق چاپی کار میکنند. از طرف دیگر، سیستمهای دکارتی و دلتا بطور معمول به ۳ موتور نیاز دارند تا بتوانند هر محور را تأمین کنند. پس از نظر تئوری مصرف انرژی سیستم پلار کارآمدتر است.

چاپگرهای اسکارا یا بازو رباتی – SCARA / Robotic Arm

مزایای پرینترهای بازوی رباتیک شامل انعطاف‌پذیری اضافی در هنگام چاپ است. این امر به این دلیل است که نازل وابسته به صفحه چاپ ثابت نیست و بنابراین چند محوره و همه کاره تر است و پرینت قطعات هندسی بزرگ پیچیده را آسانتر می کند. پرینترهای سه بعدی Scara به همان روش دست انسان حرکت می کنند و سریعتر از سیستم دکارتی هستند.

با این حال، در بیشتر موارد کیفیت پرینت در این سیستم یک چالش است. مثلا هنگام چاپ دیوارهای بزرگ سیمانی کیفیت پرینت مسئله مهمی نیست، اما هنگام چاپ قطعات پیچیده و کوچک، سیستم Scara نمی توانند بطور مؤثر با چاپگرهای کلاسیک دلتا، دکارتی یا قطبی رقابت کنند.

در عمل، پرینترهای سه بعدی فوق العاده بزرگ باید به چاپگرهای  Scaraتبدیل شوند. به این دلیل که برای چاپ سازه های عظیم، مانند خانه، شما باید بتوانید چاپگر را به محل منتقل و یک حجم بسیار وسیع را بسرعت تولید کنید. پرینترهای دکارتی و دلتایی ساختار شاسی در اطراف خود دارند که اندازه پرینت را محدود میکند؛ این سیستمها برای پروتوتایپ قطعات کوچک تا متوسط سطح صیقلی مناسب هستند و اصلا سازگاری با ساخت بزرگ یکپارچه خام ندارند. سیستم Scara از طرف دیگر بعنوان پرینترهای سه بعدی صنعتی مناسبتر هستند. بازوهای عظیم رباتیک را میتوان به محل ساخت منتقل کرد. مثلا اخیرا در پروژه چاپ خانه APIS COR ، برای رسوب لایه های سیمان و ساخت دیوارها از پرینتر اسکارا استفاده شد.

ما انتظار داریم که در آینده سیستم پرینت Scara بیشتری را برای پروژه های صنعتی ببینیم.

جمع بندی:

• چاپگرهای سه بعدی دکارتی (کارتزین): رایجترین و قابل اعتمادترین نوع، با استفاده از مختصات X ، Y و Z برای حرکت نازل و بستر ساخت. برای کیفیت چاپ خوب و تنوع رشته متریال معروف هستند.
• پرینترهای دلتا Delta: یک نوع سریعتر و بلندتر ، با استفاده از یک بستر چاپ دایره ای و یک ساختار نازل مثلثی که می تواند از هر جهت حرکت کند. برای سرعت و قطعات بزرگ خوب است.
• چاپگرهای سه بعدی قطبی: یک نوع کارآمدتر و جمع و جور، با استفاده از یک سیستم مختصات قطبی (Polar) و یک بستر دایره ای که می چرخد و بالا می رود. برای صرفه جویی در فضا و انرژی مناسب است. پرینترهای غذاساز اکثرا این نوع هستند.
• چاپگرهای سه بعدی SCARA: یک نوع انعطاف پذیر و همه کاره تر با استفاده از یک بازوی روباتیک که می تواند در هر جهت و مکان چاپ کند. برای هندسه‌های بزرگ یک تکه پیچیده و پروژه های صنعتی.

منبع: ۳dpe.ir

• پرینتر سه بعدی FDM یا متریال ترموپلاستیک و انواع آن کدامند؟