فرآیند تولید فیلامنت

فیلامنت بخش مهمی از صنعت ساخت افزایشی و همچنین فیلامنت مواد اولیه پرینتر سه بعدی FDM است. همان طور که این صنعت پیشرفت کرده است تنوع فیلامنت های موجود نیز افزایش یافته. امروزه فیلامنت ها در برند های مختلف، اندازه متفاوت و طیف وسیعی از مواد جدید وجود دارند.

فرآیند تولید فیلامنت در 5 گام شکل می گیرد. در این مقاله ما به توضیح فرآیند تولید فیلامنت، تنوع آن ها و روش های متفاوت ساخت آن ها می پردازیم.

گام اول: پلاستیک

اولین گام فرآیند تولید فیلامنت ساخت پلاستیک است. در طول پالایش، نفت خام در کوره های صنعتی حرارت داده می شود که بسیاری از اجزای مختلف آن از یکدیگر جدا می شوند. نفتا، یکی از اجزای نفت خام است که بیشترین نقش را در ساخت پلاستیک دارد.

نفتا، کاتالیزگر ها و دیگر اجزای شیمیایی در یک راکتور پلیمریزاسیون به یک دیگر پیوند می خورند سپس محصولات نفتای پلیمریزه شده ترکیب و فراوری می شوند. این فرآیند شامل ذوب محصولات و مخلوط کردن آن ها با مواد دیگر برای تشکیل پلاستیک است. در نتیجه پلاستیک به قطعات کوچکی به نام رزین یا pellet دانه بندی می شوند.

تولیدکنندگان پلاستیک معمولا pellet ها و رزین های شفاف یا سفید تولید می کنند. با این کار مشتریان به خصوص تولید کنندگان فیلامنت کنترل بیشتری بر فرآیند رنگ آمیزی دارند. در مقایسه با فیلامنت، pellet  ها بسیار ارزان تر هستند. البته این به دلیل است که شرکت های تولید فیلامنت مواد خام را به محصولات نهایی و قابل استفاده عموم تبدیل می کنند که علاوه بر هزینه مواد خام، هزینه فرآیند تولید و سود شرکت ها بر قیمت تمام شده تأثیر می گذارد.

گام دوم: آماده سازی

دومین گام از فرآیند تولید فیلامنت آماده سازی pellet ها برای مرحله بعدی یعنی شکل دهی، جایی که در آن به شکل رشته ای تبدیل می شوند. Pellet ها به همراه افزودنی های دیگر در یک مخلوط کن صنعتی ترکیب می شوند تا یک ترکیب پایدار ساخته شود و کمک کند خواص خاصی به فیلامنت اضافه شود. افزودنی ها می تواند شامل رنگدانه هایی که تعین کننده رنگ یا سایر خواص مانند مقاومت در برابر ضربه، استحکام و حتی خاصیت مغناطیسی را به فیلامنت اضافه کنند. فیلامنت های عجیب مانند فیلامنت چوبی با ترکیب افزودنی های خاص مثل خاک اره یا ذرات چوب به پلاستیک تولید می شوند.

خشک کردن:

در اپتدا لازم است pellet ها به درستی مخلوط شوند و به سمت مرحله خشک کردن حرکت کنند. مانند فیلامنت، pellet ها نیز نم گیر هستند و رطوبت هوا را جذب می کنند که این باعث تغییر شکل و افت کیفت فیلامنت می شود. بنابراین خشک کردن pellet ها برای تضمین تولید فیلامنت با کیفیت ضروری است. Pellet ها معمولا بین 60 تا 80 درجه سلسیوس در چند ساعت خشک می شوند. اما این فرآیند بسته به تولید کننده متفاوت است.

گام سوم: شکل دهی

سومین گام فرآیند تولید فیلامنت، تبدیلpellet  ها به رشته است. یک فرآیند که شامل گرم کردن و سرد کردن می شود و مرحله اصلی فرآیند تولید فیلامنت است.

گرم کردن:

در بخش اول شکل دهی، pellet  ها به یک اکسترودر فیلامنت که دارای یک محفظه گرمایشی است وارد می شوند. در این محفظه تمام pellet ها ذوب شده و به یک ماده ی چسبناک تبدیل می شوند تا به راحتی شکل گیرند.

در این مرحله، pellet ها با یکدیگر ترکیب شده و به مواد پایدار و استاندارد تبدیل می شوند. مواد ترکیب شده به شکل رشته که به عنوان فیلامنت شناخته می شوند محفظه گرمایشی را از طریق یک نازل گرد ترک می کنند و سمت بخش خنک کننده حرکت می کنند.

خنک کردن:

بعد از این که فیلامنت بخش گرم کردن را ترک کرد، از داخل چندین محفظه آب کشیده می شود. محفظه اول پر از آب گرم است که برای دست یابی به فیلامنتی دایره ای شکل ضروری و مهم است. تنظیم دمای صحیح با توجه به متریال برای جلوگیری از بیضی شکل شدن فیلامنت که این موضوع هنگام پرینت سه بعدی مشکل ساز است کمک می کند. محفظه دوم پر از آب سرد است که فیلامنت را سرد می کند و آن را به شکل جدید تثبیت می کند. سرعت کشیده شدن فیلامنت ها قطر آن ها را تعیین می کند. سرعت پایین باعث بزرگتر شدن قطر فیلامنت و سرعت بالا باعث کوچک تر شدن قطر فیلامنت می شود.

گام چهارم: قرقره کردن

در مرحله بعد، موتور ها فیلامنت ها را از خنک کننده به سمت مکانیزم قرقره می کشند. فرآیند قرقره کردن با اندازه گیری قطر فیلامنت توسط دستگاه کولیس لیزری شروع می شود تا اطمینان حاصل شود که قطر فیلامنت در محدود هدف قرار دارد.

سپس فیلامنت به قرقره متصل و دور آن پیچیده می شود. هنگامی که حسگرها تشخیص دادند که قرقره پر است، رشته بریده شده و محکم می شود. این فرآیند دوباره شروع می شود و قرقره بعدی را پر می کند تا زمانی که فیلامنت تمام شود.

گام پنجم: بسته بندی

آخرین مرحله، آماده سازی فیلامنت برای فروش است. فیلامنت ها با بسته بندی مخصوص هر شرکت برچسب گذاری می شوند و هنگامی که فیلامنت به درستی بسته بندی شد برای ارسال به مشتریان آماده است.