مقایسه اکسترودر Bowden و Direct drive

در پرینتر سه بعدی FDMاز هردو اکسترودر مستقیم و بودِن ( Bowden & Direct drive ) استفاده می کند. اصول اولیه هردو یکسان است و تفاوت در محل نصب اکسترودر می باشد. در یک سیستم دایرک درایو ، اکسترودربر روی هد چاپ و در Bowden روی قاب پرینتر سه بعدی نصب می شود و فیلامنت از طریق یک لوله PTFE به هات اند می رسد. در ادامه به مقایسه این دو می پردازیم.

مزایای Direct drive

خروجی قابل اعتماد: از آنجایی که اکسترودر روی هد چاپ نصب شده است، موتور به راحتی می تواند فیلامنت را به نازل تحویل بدهد در نتیجه خروجی یکنواخت تر و قابل اعتماد تر و مشکلات کمتر در خروجی مواد از نازل داریم.

Retraction بهتر: چون که اکسترودرنزدیک به نازل است راحتتر می تواند فیلامنترا جمع کند.

موتور کم قدرت تر: به دلیل وجود فاصله ی کم بین اکسترودر و نازل، گشتاور کمتری برای هل دادن فیلامنت نیاز است.

تنوع بیشتر فیلامنت : با اکسترودر دایرکت درایو طیف وسیع تری از انواع فیلامنت را می توان پرینت کرد. مخصوصا کار با فیلامنتهای انعطاف پذیر در این اکسترودر راحت تر است.

معایب Direct drive

لرزش: با نصب اکسترودر بر روی هد چاپ وزن زیاد می شود. این اضافه وزن سرعت را محدود می کند و باعث تکان های بیشتر و کاهش دقت در حرکات محور های X و  Y می شود.

مشکل در تعمیر و نگه داری: با نصب اکسترودر روی هد چاپ ، به بعضی نقاط برای تعمیر و نگه داری، دسترسی نداریم. 

مزایای Bowden

حرکات بدون نقض: از آن جایی که اکسترودربه جای هد چاپ، روی قاب پرینتر سه بعدی نصب شده است. به همین دلیل وزن کمتری را تحمل می کند. وزن کمتر به معنای سرعت بیشتر، صدای کمتر و کیفیت بهتر است.

حجم ساخت بزرگتر: در یک سیستم Bowden می توان با نصب یک هد چاپ کوچکتر حجم ساخت بزرگتری داشته باشیم. البته این همیشه صادق نیست و به ساختمان پرینتر سه بعدی بستگی دارد.

معایب Bowden

موتور قدرتمند تر: از آنجایی که موتور، فیلامنت را در طول یک لوله بلند حرکت می دهد، اصطکاک مشخصی بین این دو به وجود می آید که به گشتاور بزرگتری برای کنترل فیلامنت نیاز دارد.

زمان پاسخ آهسته تر: وجود اصطکاک در لوله Bowden موجب تاخیر قابل توجهی بین اکسترودر و نازل می شود. بنابراین نیاز به شتاب بیشتری در خروجی و retractionدارند تا از Stringing  جلوگیری کنند و رسوب گذاری مناسبی داشته باشند.

پیچ خوردن مواد: بعضی از فیلامنت های منعطف و ساینده ممکن است در لوله Bowden پیچ بخورند یا خم شوند؛ مخصوصا در ورژن های قدمی تر پرینتر های سه بعدی.

مواد مورد استفاده در پرینترهای سه بعدی

همراه با پیشرفت فناوری پرینت سه بعدی ، مواد مورد استفاده در این پرینتر ها نیز پیشرفت زیادی داشته است.

امروزه انواع مختلف مواد در شکل های گوناگون مانند پودر، فیلامنت ، گرانول، رزین و... در دسترس می باشد.

در اینجا به معرفی پرکاربردترین مواد مورد استفاده در پرینتر ها می پردازیم.

 پلاستیک ها

پلاستیک ها به دو دسته اصلی ترموپلاستیک ها و ترموست ها تقسیم می شود.

ترموپلاستیک ها

به دسته ای از پلاستیک ها گفته می شود که وقتی به آنها حرارت می دهیم در دمای مشخصی ذوب می شوند. این پلاستیک ها را می توان به دفعات زیاد ذوب نمود و جامد کرد بدون اینکه خواص آنها تغییر کند. تمامی پلاستیک های مورد استفاده در پرینترهای fdm ترموپلاستیک می باشند مانند ABS ،PLA ، Pc و....

 ترموست ها

معمولاً به صورت رزین مایع هستند که در اثر حرارت دیدن و یا وقتی در معرض اشعه ماورای بنفش قرار بگیرند و یا به آنها کاتالیزور اضافه شود بین مولکولهای آن اتصالات عرضی ایجاد شده و به صورت یک شبکه یکپارچه در می آیند. به این فرایند پخت می گویند. اگر ترموستی را که پخته شده است حرارت دهیم ذوب نمی شود بلکه تخریب می شود. پس پخت ترموست یک فرایند برگشت ناپذیر می باشد و ترموست ها بر خلاف ترموپلاستیک ها ذوب نمی شوند. رزین پلی استر، رزین وینیل استر و رزین اپوکسی نمونه هایی از ترموست ها می باشند.

 فیلامنت (رشته)

به مواد مورد استفاده در پرینترهای fdm فیلامنت گفته می شود. علت این نام گذاری این است که گرانول های مواد مصرفی با استفاده از فرایند اکستروژن به شکل رشته هایی طویل با قطر ۱.۷۵ یا ۳ میلیمتر درآورده می شوند. این رشته ها به دور قرقره هایی پیچیده شده و در وزن های مختلف به بازار عرضه می شوند.

 فلزات

فلزات و کامپوزیت های فلزی در پرینترهای سه بعدی صنعتی استفاده می شوند. دو مورد از رایج ترین آنها مشتقات آلومینیوم و کبالت می باشد.

فولاد ضد زنگ یک فلز محکم می باشد که به صورت پودر در پرینتر هایی با فرایند پخت یا ذوب مورد استفاده قرار می گیرد. این فلز در حالت طبیعی به رنگ نقره ای می باشد ولی می توان با آبکاری قطعات به آنها جلوه طلا و یا برنز داد.

در سال‌های اخیر طلا و نقره در صنعت جواهرسازی به صورت پودری پردازش می‌شوند و قطعه مدنظر ساخته می شود.

تیتانیوم نیز به صورت پودری در پرینترهای با فرایند پخت یا ذوب مورد استفاده قرار می گیرد.

 سرامیک

این مواد نسبتاً جدید هستند و می توانند برای تولید نمونه اولیه یا در پرینترهای سه بعدی صنعتی مورد استفاده قرار گیرند. نکته‌ای که در رابطه با این مواد حائز اهمیت است و باید بدان توجه نمود این است که قطعات چاپ شده با این مواد همانند قطعات تولید شده به روش سنتی باید مرحله پخت و لعاب را پشت سر بگذارند.

 مواد زیستی

تحقیقات گسترده ای در مورد پتانسیل چاپ مواد زیستی برای بسیاری از کاربردهای پزشکی و غیره انجام شده است.

به عنوان مثال این مواد برای چاپ اعضای بدن انسان برای پیوند و چاپ بافت های خارجی برای جایگزینی اعضای بدن مورد بررسی قرار گرفته اند.

 کاغذ

فرایند پرینت سه بعدی به وسیله کاغذ اولین دفعه توسط شرکت Mcor ارائه شد. مواد چاپ شده با استفاده از کاغذ ایمن، سازگار با محیط زیست و به راحتی قابل بازیافت می باشند.

 مواد غذایی

در سال های اخیر بررسی چاپ مواد غذایی افزایش یافته است. شکلات رایج ترین می باشد. بعضی از پرینترها با استفاده از شکر کار می کنند. در برخی دیگر آزمایشات به وسیله ماکارونی و یا گوشت انجام می شود.

هدف از تحقیقات در زمینه چاپ مواد غذایی این است که بتوان با استفاده از پرینت سه بعدی غذای کامل تولید کرد. مثلاً شرکت استراتاسیس (stratasys )  دارای مواد منحصر به فردی می باشد که می تواند در طی فرایند پرینت سه بعدی مواد را در غلظت های مختلف و مشخص ترکیب کرده و مواد جدیدی با ویژگی های مورد نیاز تولید کند. این شرکت با استفاده از مواد اولیه قادر به تولید ۱۴۰ ماده دیجیتالی مختلف می باشد .

موارد قابل استفاده از پرینتر سه بعدی 

چند برنامه برتر پرینت سه بعدی

پرینتر سه بعدی تکنولوژی ساخت افزایشی توانمند است، که به طراحان آزادی عمل بیشتری می دهد. مواردی که می توان از تکنولوژی پرینتر سه بعدی استفاده کرد بی حد و مرز است، اما در ادامه به چند مورد از کاربردها اشاره می کنیم.

1. ساخت نمونه اولیه: پرینتر سه بعدی بهترین گزینه برای ساخت نمونه های اولیه با هر هندسه پیچیده ای است.

2. پزشکی و دندان پزشکی: پرینتر سه بعدی در پزشکی کاربرد فراوانی دارد. از ساخت انواع ایمپلنت ها تا اعضای بدن مصنوعی و پرینت سه بعدی پوست انسان را می توانیم به وسیله پرینتر سه بعدی بسازیم.

3. میراث فرهنگی: برای نگهداری، ترمیم و کپی برداری از آثار باستانی کاربرد دارد. بسیاری از موزه ها به وسیله پرینتر سه بعدی بسیاری از آثار را بازسازی می کنند.

4. تحصیلات و آموزش: پرینتر سه بعدی بهترین منبع برای آموزش در کلاس درس است و دانش آموزان می توانند با سرعت بالا و هزینه کم در کلاس به نمونه سازی بپردازند.

5. خودرو سازی و صنعت: پرینتر سه بعدی می تواند با دقت بالایی انواع قطعات خودرو و قطعات صنعتی با انواع متریال مختلف تولید کند.

6. ساختمان سازی: با استفاده از تکنولوژی پرینتر سه بعدی ساختمان سازی با هزینه و زمان کمتر ممکن شده است.

7. جواهر سازی: یکی از کاربرد های پرینتر سه بعدی مدل سازی و قالب سازی برای فروشندگان طلا و جواهر است.

8. ساخت مجسمه و اسباب بازی: به وسیله پرینتر سه بعدی می توان انواع اسباب بازی و حتی سردیس و تندیس هر فرد را ساخت.

نمونه کار پرینتر سه بعدی    ساخت قطعه صنعتی پرینتر سه بعدی    ساخت ماکت دیفرانسیل با پرینتر سه بعدی

بدنه مدار الکترونیکی

مجسمه پروفسور گنجی ( پدر جغرافیای ایران )

ویژگی های فلامینت خوب چیست ؟

1- در صورتی که تحت حرارت قرار بگیرید از خود بویی متصاعد نکند.

2- داخل رشته های آن حباب هوا وجود نداشته باشد زیرا هنگام قرارگیری لایه های خروجی روی هم از ظرافت و دقت کار نهایی می کاهد.

3- با کیفیت و دقت بسته بندی شده باشد.

4- بدون هیچگونه گرد و غباری باشد.

5- به نسبت نوع جنس و کاربرد انعطاف پذیری خوبی داشته باشد.

6- بافت رنگی فیلامنت یکدست باشد کمرنگ و پررنگ نباشد.

7- سراسر فیلامنت دارای ضخامت یکسان باشد.