پرینتر fdm از جمله پرینتر های پرکاربرد در صنعت پرینت سه بعدی در جهان شناخته می شود. به دلیل کاربرد وسیع و در دسترس بودن پرینتر fdm ، این نوع پرینتر از دیگر انواع پرینتر های سه بعدی معروف تر است. به همین دلیل پرینتر fdm به صورت گسترده در بازار خرید و فروش می شود. پرینتر سه بعدی FDM به دلیل توانایی در تولید قطعات با کیفیت، بهترین تکنولوژی جهت ساخت نمونه شناخته می شود. به منظور به کارگیری پرینتر سه بعدی fdm ، لازم است تا از مواد اولیه خام مورد استفاده در پرینتر fdm که به صورت رشته های باریک (فیلامنت) در دسترس هستند استفاده شود. در این نوشتار به بررسی دقیق پرینتر fdm و همچنین نحوه عملکرد آن پرداخته می شود.

مزایای پرینتر fdm

پیش از ارائه جزئیات روش پرینت سه بعدی fdm ، لازم است تا با مزایای استفاده از این نوع پرینتر ها بیشتر آشنا شویم. شاید بارز ترین ویژگی پرینتر fdm ، مقرون به صرفه بودن آن است. مواد مصرفی این پرینتر ها کاملا در دسترس بوده و هزینه نهایی تولید قطعات با این روش نسبتا پایین است. توانایی های پرینتر fdm ، استفاده از آن را برای محیط های آموزشی و حتی دبیرستان ها بسیار آسان کرده است. با توجه به دوام بالای قطعات تولیدی با پرینت سه بعدی fdm ، قطعات حاصل می توانند کاربرد های وسیعی داشته باشند.

نازل پرینتر سه بعدی fdm

همچنین قطعات تولیدی محدودیتی در شکل ظاهری ندارند. همین موضوع باعث می شود تا کاربرد های متنوع و جالبی در زمینه های مختلف داشته باشند. از جمله این کاربرد ها می توان به صنعتی، پزشکی، قالب سازی ، معماری، مجسمه سازی و غیره اشاره کرد.

معایب پرینتر fdm

در پرینتر fdm محدودیت ها و معایبی نیز وجود دارد. برای مثال دقت قطعه تولیدی با این روش شاید نسبت به دیگر فناوری های پرینت سه بعدی پایین تر باشد. بنابراین می توان گفت پرینتر fdm برای پرینت سه بعدی قطعات پلیمری بسیار پیچیده مناسب نیست.

از دیگر معایب این پرینتر ها این است که پس از پرینت قطعه، خطوط و لایه های پرینت قابل مشاهده اند. این موضوع لزوم فرایند پرداخت نهایی قطعات پرینت سه بعدی fdm را گوشزد می کند. همچنین از دیدگاه خواص مکانیکی، ازدیاد طول قطعات پرینت شده با این روش نسبت به روش های دیگر (نظیر SLA) پایین تر است. علاوه بر آن به دلیل مکانیزم پرینت سه بعدی با این روش، خطر ایجاد ترک، جدا شدن لایه ها و نامتوازن شدن لایه ها در قطعه نهایی وجود دارد.

قطعه تولید شده توسط پرینتر سه بعدی fdm

پرینتر سه بعدی  fdm

فرایند و مکانیزم کاری پرینتر سه بعدی fdm به این صورت است که از یک نازل برای ذوب و تزریق لایه به لایه مواد اولیه استفاده می شود. ابتدا ماده اولیه که معمولا از جنس PLA و به شکل فیلامنتی است به دمای بالا رسانده می شود. پس از اینکه دمای ماده اولیه در پرینتر سه بعدی fdm بالا رفت، حالت شکل پذیری و نیمه جامد به خود می گیرد. در این حالت، می تواند به راحتی روی بستر یا سینی پرینتر تزریق شود. ماده اولیه از طریق نازل سه محوره (گاهی نازل پرینتر سه بعدی fdm می تواند دو محوره نیز باشد) روی بستر پرینتر تزریق می شود. 

پس از ایجاد یک لایه، دمای آن رفته رفته پایین آمده و به طور کامل منجمد می شود. سپس لایه بعدی روی آن قرار می گیرد. فرایند ساخت افزایشی لایه ها تا زمانی ادامه پیدا می کند که قطعه مورد نظر ساخته شود. قطعه نهایی دارای یک ساختار پلکانی با کیفیتی بسیار بالا خواهد بود. معمولا پرینتر fdm دارای فن هایی است که در کنار نازل تعبیه شده اند. فن های نامبرده سبب خنک شدن لایه های تزریق شده روی بستر می شوند. نتیجتا با خنک شدن لایه ها فرایند انجماد نیز با سرعت بالاتری رخ می دهد و کیفیت نهایی قطعه تولیدی بهتر می شود.

ساختار شبکه ای مانند قطعه پرینت شده

پرینت سه بعدی fdm

پس از انجام پرینت سه بعدی fdm ، قطعه مورد نظر ممکن است دارای عیوبی باشد. یکی از شایع ترین عیوبی که در قطعه های تولیدی توسط پرینتر fdm ایجاد می شود، تاب برداشتن قطعه است. در پرینتر fdm ، پس از تشکیل لایه های مختلف، فرایند انجماد آنها سریع رخ می دهد و تغییرات دمایی در آن نیز بالاست. گاهی ممکن است قسمت های مختلفی از لایه های پرینت شده به صورت همزمان منجمد نشده و قسمت هایی از آن دچار تغییرات انقباضی شوند. دلیل این موضوع برابر نبودن سرعت و زمان سرد شدن هر لایه با لایه دیگر است. عیب مذکور می تواند سبب ایجاد فشار به لایه ها و ایجاد تاب خوردگی در قطعه نهایی شود. به منظور جلوگیری از این عیب باید دمای دستگاه را کنترل کرده و آن را در بهینه ترین حالت ممکن تنظیم کرد.

پرینتر سه بعدی fdm

ترک خوردگی قطعه تولیدی با پرینتر fdm

یکی دیگر از عیوب قطعات تولیدی با پرینتر fdm ، ترک هایی است که در کناره های قطعه خصوصا در قطعات بلند ممکن است ظاهر شود. علت ایجاد این عیب این است که در لایه های بالاتر، سرعت سرد شدن ماده مورد چاپ بیشتر است. دلیل این موضوع نیز نرسیدن گرمای بستر گرم شونده به قسمت های بالایی است. همین موضوع سبب می شود تا در پرینتر fdm چسبندگی قطعه تولیدی در لایه های بالایی کمتر باشد.

برای رفع مشکل ترک در اجسام بلند می توان راه کار هایی را انجام داد. برای مثال می توان دمای اکسترودر یا نازل را در پرینتر fdm افزایش داد. یا اینکه جهت و سرعت فن را به گونه ای تغییر داد که جریان هوا تنظیم شود. همچنین آخرین راهکار می تواند استفاده از متریال جایگزین باشد. برای مثال به جای فیلامنت ABS از فیلامنت PETG استفاده کرد زیرا پرینت پذیری راحت تری داشته و همان مقاومت را نیز داراست.

مواد مصرفی در پرینتر fdm

پر کاربرد ترین ماده ای که در پرینتر fdm کاربرد دارد، PLA یا پلی لاکتیک اسید است. این ماده به عنوان محبوب ترین فیلامنت پرینتر سه بعدی شناخته شده است. دلیل محبوبیت PLA ، خواص ذاتی آن از جمله قابلیت پرینت پذیری بسیار بالای آن است.

قطعات تولیدی توسط پرینتر fdm

آکریلو نیتریل بوتادین استایرن یا ABS از دیگر مواد پر کاربرد در پرینتر fdm است. دمای ذوب ABS نسبت به PLA بالاتر است و می توان از آن برای کاربرد های دما بالا (نسبت به PLA) نیز استفاده کرد. همچنین ABS دارای مقاومت به ضربه و مقاومت به سایش خوبی است. علاوه بر PLA و ABS از مواد دیگری نظیر PP، TPU ، Nylon ، PETG و غیره نیز استفاده می شود. اما این مواد نسبت به PLA و ABS دارای کاربرد کمتری در این زمینه هستند. متناسب با کاربرد و خواص موردنظر باید انتخابی مناسب صورت گیرد. در ادامه به دلیل اهمیت بالای PLA با خواص، معایب و عیوب آن بیشتر آشنا خواهیم شد.

مزایا و معایب PLA در پرینتر fdm

به دلیل زیست سازگاری PLA می توان از آن برای پرینت بسیاری از تجهیزات پزشکی استفاده کرد. همچنین این ماده همانند ABS، یکی از مواد مورد استفاده در ساخت بسیاری از فیلامنت ‌های تزئینی در پرینتر fdm می باشد. PLA یک ترموپلاستیک زیست تخریب پذیر بوده که در دمای پایین تری نسبت به دیگر مواد نظیر ABS قابلیت پرینت شدن دارد. این ماده بر خلاف ABS در طول فرایند پرینت سه بعدی fdm ، دچار تغییر شکل نمی شود. علاوه بر موارد ذکر شده، مزیت مهمی که PLA دارد، عدم ایجاد بوی بد در زمان پرینت است.

پرینت سه بعدی fdm

PLA دارای عیب هایی نیز می باشد. برای مثال شکنندگی قطعات تولید شده با PLA بسیار بالاست. بنابراین توصیه می شود از این ماده برای پرینت اشیایی که نیاز به پیچ خوردگی یا خم شدن دارند (مثل قاب موبایل یا بعضی از اسباب بازی ها) از PLA استفاده نشود. همچنین مقاومت به ضربه این ماده نیز پایین است. عیب بعدی این است که PLA در دماهای بالاتر ۶۰ درجه سانتی گراد شروع به تغییر حالت می کند. همین موضوع مناسب نبودن آن برای کاربرد های دما بالا را بیان می کند. اما می توان گفت PLA در بقیه موارد می تواند گزینه ای بسیار ایده آل باشد.

قیمت پرینت سه بعدی FDM

به منظور بهره برداری از خدمات پرینتر fdm لازم است تا از قیمت قطعه تولیدی و همچنین عوامل تاثیر گذار بر قیمت خود پرینتر آگاهی کسب کنیم. شاید یکی از مهم ترین عوامل تعیین کننده قیمت خدمات این پرینتر ها ماده مصرفی باشد. اما از آنجایی که این مواد معمولا PLA هستند، می توان گفت قیمت نهایی قطعه پایین خواهد بود. از دیگر عوامل موثر بر قیمت قطعه پرینت شده، طراحی آن است. طبیعتا هرچه قطعه نهایی طراحی پیچیده تری داشته باشد، مدت زمان پرینت قطعه بیشتر و قیمت نهایی قطعه نیز بیشتر خواهد شد.

در رابطه با خود پرینتر نیز عواملی نظیر دقت ابعادی پرینتر fdm ، قدرت و سرعت پرینتر fdm و رزولوشن پرینتر fdm بر قیمت نهایی اثر گذار هستند. علاوه بر آن، کیفیت تجهیزاتی که در ساخت پرینتر fdm به کار رفته است عاملی بسیار مهم در تعیین قیمت آن است. همچنین می توان گفت توانایی پرینتر در استفاده از مواد مصرفی متنوع نیز قیمت آن را بالا می برد.

قطعه پرینت شده توسط پرینتر های fdm

سندبلاست فلز