اکسترودر پرینتر سه بعدی FDM

در ابتدا قبل از شروع مبحث اکسترودر پرینتر سه بعدی FDM ، لازم است فرآیند چاپ در پرینتر سه بعدی FDM توضیح داده شود. تکنولوژی FDM مخفف عبارت Fused Deposition Modeling است که ترجمه آن به نوعی مدلسازی با رسوب ذوب شونده یا لایه گذاری ذوب شده می باشد!

نام دیگر این مدل از چاپ سه بعدی FFF می باشد که مخفف عبارت Fused Filament Fabrication است. این عنوان در مقایسه با نمونه های رومیزی موجود در بازار بیشتر قابل فهم و تجسم می باشد. چون در تکنولوژی FDM یا همان FFF ماده مصرفی یک پلاستیک رشته ای به نام فیلامنت است.

روش FDM یکی از روش های رایج و محبوب در تولید افزایشی می باشد و در کنار سایر روش ها مانند پرینت سه بعدی با پودر فلزات و پلاستیک یا پرینت سه بعدی رزینی با انواع رزین مایع جایگاه مهمی در صنعت نمونه سازی و تولید دارد.

روش کار به این شکل می باشد که فیلامنت رشته ای از قرقره (رول فیلامنت) وارد اکسترودر می شود. پس از ذوب در دمای مشخص، فیلامنت از نازل اکسترودر خارج و بر روی صفحه کار قرار می گیرد. این فعالیت به صورت پیوسته که اصطلاحا لایه به لایه می گویند انجام می شود تا قطعه نهایی شکل بگیرد.

حال که تصویری اجمالی از عملکرد پرینتر سه بعدی اکسترودری داریم وارد مبحث اکسترودر می شویم.

اکسترودر پرینتر سه بعدی چیست؟

اکسترودر سه بعدی فیلامنتی وظیفه هدایت، ذوب و انتقال فیلامنت ذوب شده را دارد. لذا در یک دسته بندی ساده کلیه اکسترودرها را می توان به دو قسمت بخش انتقال و بخش ذوب تقسیم کرد. اکسترودر پرینتر سه بعدی FDM در سایز، مکانیزم حرکتی ، تعداد فن و جنس اتصالات دارای تنوع بالایی می باشد. در این مختصر سعی شده است کلیات و اجزای اصلی اکسترودر پرینتر سه بعدی FDM توضیح داده شود.

اجزاء تشکیل دهنده اکسترودر حرارتی فیلامنت

• استپر موتور Stepper Motor
• نازل Nozzle
• محفظه آلومینیومی
• پیچ سوراخدار
• هیتر Heater
• ترمیستور Thermistor
• فن و محافظ فن
• هیت سینک Heated Sink
• پولی Gear
• براکت نگهدارنده
• مجموعه قطعات تغذیه Feeder

• البته از نام های دیگری هم استفاده می شود که ما نخواستیم استفاده کنیم!

فیلامنت توسط غلطک های قسمت بالای Extruder به نام Cold End یا همان بخش سرد وارد فضای داخل می شود و به بخشی به نام Hot End برای ذوب منتقل می شود. سیستم های انتقال متفاوتی برای هدایت فیلامنت در اکسترودر ها موجود است که دو مدل به نام های Direct Drive و Bowden بسیار پرکاربرد و محبوب هست.

در این مقاله مجالی برای توضیح بیشتر این دو مدل انتقال در اکسترودر پرینتر سه بعدی FDM نیست. شما عزیزان می توانید به مقاله کدام اکسترودر را انتخاب نماییم در سری مقالات آذرین مراجعه نمایید.

اجزای تشکیل دهنده بخش انتقال (Cold Bed)

• موتور پله ای (استپر موتور)
• پیچ سوراخدار
• دنده و پولی
• نگهدارنده
• لوله های PTFE (برخی از اکسترودر ها)

تصویر روبرو نمایش نحوه قرار گیری پولی و بلبرینگ در بالای اکسترودر را نشان می دهد و تصویر پایین سایر قطعات مونتاژی قسمت Cold End را مانند فنر و نگهدارنده های آلومینیومی را نمایش می دهد.

در مرحله بعد فیلامنت باید ذوب شود به این بخش Hot End گفته می شود. دو قسمت Heat Break و Heat Sink همانطور که در قسمت اجزاء اکسترودر نام بردیم مهم ترین نقش را بازی می کنند.

خوب تا به اینجا بخش های مختلف را در قالب چند عکس توضیح دادیم ما سئوال اینجاست گرمای لازم برای ذوب فیلامنت چطور در بخش Hot End تامین می شود. حرارت لازم متناسب با دمای ذوب هر فیلامنت از طریق کارتریج حرارتی و سنسور حرارتی (Thermistor)  ایجاد و کنترل می شود.

جریان الکتریکی این کارتریج را گرم و سپس از طریق محفظه آلومینیومی یا همان Heat Block گرما را به نازل منتقل می کند.

نازل یک مخروط فلزی از جنس برنج ، تنگستن و یا استیل است که فیلامنت ذوب شده در آخرین مرحله بر روی آن قرار می گیرد.

فیلامنت مذاب از این قسمت خارج و بر روی صفحه کار قرار می گیرد. پس موضوعی که اهمیت پیدا می کند سرعت و حجم خروج فیلامنت از نازل است.

نازل های استاندارد و رایج در پرینتر های سه بعدی قطر 0.4 میلیمتر را دارند ولی در بازار از 0.1 تا 1.2 برای فیلامنت هایی با قطر 1.75 میلیمتر موجود است که می توانید بسته به نیاز و نوع چاپ آن را تعویض کنید.

باید در نظر داشته باشیم در قسمت Hot End ، یکپارچگی حرارت در دمای مناسب فیلامنت بسیار مهم و حیاتی می باشد. گاهی دمای لازم تامین می شود ولی اثر بخشی لازم دیده نمی شود که به این حالت فرار حرارتی در اکسترودر می گویند. اگر دمای اکسترودر بالاتر ار دمای ذوب فیلامنت برود نه تنها فیلامنت بلکه سایر اجزای اکسترودر آسیب می بینند.

مطلب دیگر استفاده از دو فن در اکسترودر های حرارتی می باشد. یک فن همیشه در پشت هیت سینک قرار دارد و فن دوم به سمت نازل نصب می شود که اصطلاحا به آن فن اکسترودر یا فن پرینت می گویند. در بعضی از مدل ها فن دوم وجود ندارد. البته خلاقیت های زیادی برای هدایت جریان هوا از فن دوم به سمت نازل انجام شده است.

شما می توانید فایل سه بعدی یک کانال مخروطی متناسب با فن خود به راحتی دانلود و با پرینتر سه بعدی چاپ کنید!

آخرین نکته در مورد فن اکسترودر این است که در برخی مدل ها، فنی به نام فن مجرای سرد وجود دارد که نقش خنک کردن کل اکسترودر و جلوگیری از افزایش و یا انتقال حرارت در بخش Cold End دارد. در نتیجه بخش های هیت سینک، هیت بلاک و فن خنک کننده بسیار مهم است. در برخی موارد دیده شده فن قوی تری را به جای فن فابریک اکسترودر استفاده شده است.

در این مقاله سعی شد به این مهم اشاره شود که اکسترودر پرینتر سه بعدی به یک مجموعه کامل از بخش های HotEnd و ColdEnd گفته می شود.

قطعاتی مانند استپر موتور، چرخدنده ها، پیچ های دنده دار و نگهدارنده فیلامنت (IDLER)  در بخش بالایی اکسترودر یعنی Cold End قرار دارند. قطعات حرارتی، فن، سنسور حرارتی و نازل در بخش Hot End می باشند.

در پایان امیدواریم این مطلب رضایت دوستان را تامین کرده باشد. در صورت تمایل به مطالعه بیشتر، موضوعات مرتبط با این مبحث در عناوین زیر قید شده است.