پرینتر سه بعدی FDM فیلامنتی

استفاده از پرینتر FDM یا فیلامنتی یکی از هفت تکنولوژی تولید افزایشی است.  در این روش فرآیند لایه گذاری با دقت استاندارد 100 میکرون توسط یک اکسترودر حرارتی انجام می شود. مواد مصرفی پلیمرهای رشته ایی به نام فیلامنت می باشد که دارای تنوع رنگ و خواص فیزیکی مختلفی است. گروه صنعتی آذرین تک با تجربه ای چند ساله اقدام به ساخت, تامین و خدمات طیف وسیعی از پرینتر سه بعدی اکسترودری در ایران کرده است. نام علمی این روش پرینت FDM یا FFF است که مخفف عبارت "Fused Deposition Modeling" می باشد که به معنای نمونه سازی لایه گذاری ذوب شونده است. این پرینتر، از خانواده اکستروژن است و مواد اولیه ای که در پرینترهای FDM استفاده می شود، فیلامنت نام دارد. اگر قصد دارید با کمترین هزینه و ارزان ترین روش ممکن، محصول مورد نظر خود را بسازید؛ پرینتر  FDM گزینه مناسبی می باشد.

ساختار پرینتر FDM 

پرینتر FDM یک چاپگر اکسترودری می باشد که مواد ترموپلاستیک رشته ای را در دمای مشخصی ذوب می کند و به صورت لایه لایه بر روی یک صفحه کار حرارتی با دقت بین 500 تا 100 میکرون قرار می دهد. ساختار این نوع از چاپگرهای 3d از پروفیل و بدنه فلزی-آلومینیومی تشکیل شده است و دارای صفحه نمایشگر لمسی/ولومی، اکسترودر حرارتی و نازل تزریق، صفحه کار حرارتی همراه با فن های متعدد می باشد.

در پرینترهای فیلامنتی از مواد مختلفی می توان استفاده کرد به طور مثال  طیف گسترده ای از پلاستیک های ساده (PLA، ABS، PET و نایلون) تا مواد خاص دیگر همچون الیاف کربن، چوب، مواد فلزی و رسانا ... قابل استفاده هستند. با خاموش کردن هیترها در هد و پلیت پرینتر می توانید از این چاپگر برای تولید خمیر، شکلات و مواد مختلف دیگر استفاده کنید. با این پرینتر می توانید حتی برخی از اعضای بدن انسان و حتی خانه را بسازید.

انتخاب بهترین پرینتر فیلامنتی یا FDM

در انتخاب یک پرینتر FDM مناسب همچون سایر دستگاه ها و تجهیزات دیگر، گزینه هایی مانند بودجه خرید، ابعاد چاپ نمونه، نوع فیلامنت ، کارایی و دقت پرینت، کیفیت چاپ، استحکام و دوام مطرح می شود. تنوع چاپگر فیلامنتی حول چند پارامتر می چرخد که در بخش زیر آنها را بیان می کنیم.

سایز چاپ پرینتر فیلامنتی FDM

اولین فاکتور سایز چاپ می باشد که معمولا ابعاد چاپ در محدوده 20 تا 25 سانتیمتر برای پرینتر فیلامنتی کوچک در نظر گرفته می شود. مدل های ET4 PRO شرکت انت و B1 شرکت BIQU و ENDER 3 شرکت Creality در این دست قرار دارند. سایز چاپ بین 25 تا 35 سانتیمتر برای پرینترهای متوسط و 35 تا 50 برای پرینترهای سایز بزرگ درنظر گرفته می شود. مثلا پرینتر CR10 MAX شرکت کریلیتی با ابعاد چاپ 45 در 45 در 47 سانتیمتر در دسته سایز بزرگ پرینتر رومیزی قرار می گیرد.

کیفیت و نوع درایور و مادربرد چاپگر 3D فیلامنتی

گزینه های بعدی در انتخاب چاپگر 3D فیلامنتی را می توان به کیفیت و نوع درایورها و مادربرد اختصاص داد. مثلا در پرینتر 3D  LK5 PRO شرکت لانگر تریدی از سه درایور TMC2208 استفاده می کند که منجر به حرکت نرم و کم صدای چاپگر می شود. در پرینتر BIQU B1 از برد کنترلی SKV 32 Bit استفاده شده است که یکی از مطرح ترین برندهای حال حاضر در تولید مادربرد های چاپگر 3D می باشد.

مکانیزم عمل پرینتر فیلامنتی FDM

گزینه های بعدی مربوط به مکانیزم حرکتی در راستای محور های Z, Y و Z و سنسورهای تشخیص فیلامنت و قابلیت چاپ مجدد می باشد. البته در مدل های جدیدتر مانند CR10 SMART شرکت کریلیتی قابلیت اتصال به WIFI و کنترل از راه دور نیز فراهم شده است. صفحه نمایشگر نیز می تواند در انتخاب یک پرینتر نقش داشته باشد که در حال حاضر نمایشگر های لمسی رنگی و نمایشگر های رنگی ولومی بیشترین استفاده را دارد. به طور مثال در پرینتر سه بعدی شرکت BIQU هر دو آپشن استفاده شده است و شما می توانید هم از ولومی جداگانه برای تنظیمات چاپ استفاده نمایید و همزمان از صفحه نمایش لمسی آن لذت ببرید.

برای کاربران حرفه ای تر چند گزینه کلیدی دیگر اضافه می شود. اولین فاکتور حداکثر دمای حرارتی صفحه کار و کیفیت یکنواختی دمای آن می باشد. این موضوع در رفع جدایش قطعه از صفحه کاردر حین چاپ لایه ای بسیار مهم است. گزینه بعدی حداکثر دمای اکسترودر می باشد که این موضوع به استفاده از طیف وسیعی از فیلامنت ها کمک می کند. در پرینترهای LK5 Pro شرکت LONGER 3D از شیشه حرارتی با پوشش سرامیکی استفاده می کند که تجربه ای فوق العاده ای را در چاپ برای مشتری به ارمغان می آورد و به دلیل نوع اکسترودر این قابلیت فراهم شده است تا بتوان از فیلامنت های ABS و PETG و ASA نیز استفاده کرد.

نحوه تراز کردن لولینگ نازل پرینتر فیلامنتی

آخرین گزینه نحوه تراز کردن صفحه کار یا همان لولینگ نازل با صفحه کار می باشد. در بعضی از این محصولات مانند ET4 PRO و ET5 PRO شرکت ANET 3D از اتولوینگ ماتریسی 16 تا 25 نقطه استفاده می شود. در گروهی دیگر امکان نصب سنسور BL Touch جهت کالیبراسیون اتوماتیک فراهم شده است مانند LK5 PRO و B1 که کاربرد خود می تواند سنسور را نصب کند. در سری جدید پرینتر های شرکت Creality 3D از اتولولینگ هوشمند به نام Intelligent Auto leveling استفاده شده است که در واقع کار با دست و تنظیمات ابتدایی قبل از هر چاپ را حدف کرده است. پرینتر های سری CR شرکت کریلیتی مانند CR10 Smart و CR6 MAX دارای این قابلیت می باشد.

در مجموعه تمام گزینه های مطرح شده در انتخاب یک پرینتر 3D فیلامنتی مناسب تاثیر گذار می باشد که کاربر با توجه به اولویت های نیاز خود و بودجه خرید می تواند اقدام به انتخاب کند. شما می توانید برای انتخاب درست و اصولی یک چاپگر حرفه ای با واحد فنی گروه آذرین تک تماس حاصل نمایید و ار خدمات مشاوره و آموزش رایگان پرینتر FDM استفاده کنید.

نحوه عملکرد پرینتر سه‌بعدی فیلامنتی

آشنایی با نحوه عملکرد پرینتر سه بعدی فیلامنتی به شما کمک خواهد کرد تا به بهترین شکل از دستگاه خود استفاده کرده و نتایج مثبت زیادی را به دست آورید. در ادامه به صورت بخش به بخش به تشریح عملکرد این دستگاه پرداخته شده است.

تغذیه فیلامنت

فرآیند پرینت با بارگذاری فیلامنت (که به صورت رول‌های پلاستیکی عرضه می‌شود) آغاز می‌شود. فیلامنت از جنس موادی مانند PLA، ABS یا PETG است که به وسیله یک موتور استپر (Stepper Motor) به داخل اکسترودر (Extruder) کشیده می‌شود.

1. موتور استپر فیلامنت را با سرعت و فشار کنترل‌شده به سمت نازل هدایت می‌کند.
2.  سنسورها معمولاً وجود یا عدم وجود فیلامنت را بررسی کرده و در صورت بروز مشکل، پرینت را متوقف می‌کنند.

گرم شدن و ذوب فیلامنت

پس از ورود فیلامنت به اکسترودر، نازل تا دمای مشخصی (معمولاً بین 180 تا 250 درجه سانتی‌گراد) گرم می‌شود.

1.  دما بر اساس نوع فیلامنت تنظیم می‌شود (به عنوان مثال، PLA به دمای پایین‌تر و ABS به دمای بالاتر نیاز دارد.)
2.  فیلامنت با عبور از محفظه داغ اکسترودر، به حالت نیمه‌مایع درمی‌آید تا بتواند به راحتی از نازل خارج شود.

لایه‌گذاری و شکل‌دهی

پس از ذوب شدن فیلامنت، نازل با حرکت در محورهای X و Y، فیلامنت را به صورت لایه‌به‌لایه بر روی صفحه ساخت (Build Plate) رسوب می‌دهد.

1.  با تکمیل هر لایه، نازل به کمک محور Z کمی بالا می‌رود تا لایه بعدی را روی لایه قبلی بسازد.
2.  هر لایه به لایه قبلی می‌چسبد و شکل کلی شیء به مرور ساخته می‌شود.

خنک شدن و سخت شدن

پس از اکسترود شدن فیلامنت، فن‌های خنک‌کننده به کار می‌افتند تا مواد به سرعت خنک و سفت شوند.

1. خنک شدن سریع، مانع از تغییر شکل یا تاب‌برداشتن مدل (Warping) می‌شود.
2. در مواد حساس مانند ABS، ممکن است از یک محفظه گرم (Heated Chamber) برای جلوگیری از شوک دمایی استفاده شود.

نقش نرم‌افزار در فرآیند پرینت

نرم‌افزارهای پرینت سه‌بعدی (مانند Cura، PrusaSlicer و Simplify3D) وظیفه تبدیل فایل مدل سه‌بعدی (با فرمت STL یا OBJ) به دستورات پرینت (G-code) را دارند. نرم‌افزار پارامترهایی مانند:

1.  دمای نازل و صفحه ساخت
2.  سرعت پرینت
3. ضخامت لایه‌ها
4.  میزان پرشدگی داخلی (Infill)
5.  جهت‌گیری مدل (Orientation)

نرم‌افزار G-code را به پرینتر ارسال کرده و پرینتر طبق این دستورات، فرآیند پرینت را به‌صورت خودکار انجام می‌دهد.
نقش نرم‌افزار: بهینه‌سازی مدل، افزایش کیفیت پرینت و کاهش زمان پرینت از طریق تنظیم دقیق این پارامترها امکان‌پذیر است.

اجزای پرینتر سه‌بعدی فیلامنتی

اجزاء پرینتر سه بعدی فیلامنتی، مهم ترین بخش های تشکیل دهنده این دستگاه مهم هستند که می توانند به خوبی نیاز کاربران را برطرف کنندو در ادامه مهم ترین قطعاتی که در ساخت این دستگاه نقش داشته اند، بیان شده است:

 اکسترودر (Extruder)

اکسترودر بخش اصلی پرینتر سه‌بعدی است که وظیفه تغذیه فیلامنت و هدایت آن به نازل را بر عهده دارد.
• اکسترودر از دو بخش اصلی تشکیل شده است:
o موتور استپر – فیلامنت را به سمت نازل هدایت می‌کند.
o چرخ‌دنده (Gear) – فیلامنت را با فشار ثابت وارد نازل می‌کند.
• اکسترودرها به دو نوع اصلی تقسیم می‌شوند:
o (Direct Drive) – فیلامنت مستقیماً به نازل وارد می‌شود (دقت بالاتر).
o (Bowden) – فیلامنت از طریق یک لوله تفلون (PTFE) به نازل هدایت می‌شود (سرعت بالاتر).

 نازل (Nozzle)

نازل وظیفه ذوب کردن فیلامنت و خروج آن به شکل رشته‌های نازک را بر عهده دارد. قطر نازل معمولاً بین 0.2 تا 0.8 میلی‌متر است و مواد تشکیل دهنده آن عبارتند از: 

1.  برنج (Brass) – مناسب برای PLA و ABS
2.  فولاد سخت‌شده (Hardened Steel) – مناسب برای فیلامنت‌های ساینده (مثل فیبر کربن)
3.  روکش شده (Coated) – کاهش چسبندگی فیلامنت

توجه داشته باشید که هرچه قطر نازل کمتر باشد، دقت پرینت بالاتر ولی سرعت پرینت کمتر خواهد بود.

صفحه ساخت (Build Plate)

صفحه ساخت یا سکوی پرینت، محلی است که مدل سه‌بعدی روی آن ساخته می‌شود.  به طور معمول جنس صفحه ساخت از شیشه یا سطوح صاف و یکنواخت، oPEI (پلی‌اتیرمید)، فلزی با پوشش مغناطیسی  ساخته می شود. علاوه بر آن بعضی صفحات مجهز به گرمایش (Heated Bed) هستند تا از تاب برداشتن (Warping) قطعه جلوگیری شود. ضمنا باید بهخاطر داشته باشید که چسبندگی مناسب صفحه ساخت باعث افزایش کیفیت لایه‌گذاری اولیه (First Layer) می‌شود.

 سیستم حرکتی (محورهای X، Y و Z)

سیستم حرکتی وظیفه حرکت نازل و صفحه ساخت را در سه محور اصلی بر عهده دارد:

1.  محور X : حرکت نازل به سمت چپ و راست
2. محور Y : حرکت نازل یا صفحه به سمت جلو و عقب
3.  محور Z : حرکت نازل یا صفحه به سمت بالا و پایین (لایه‌گذاری)

ضمنا باید بدانید که سیستم‌های حرکتی از سه قطعه دیگر تشکیل شده اند که عبارتند از: 

1.  ریل‌های خطی (Linear Rails) : حرکت دقیق و سریع
2.  پیچ‌های لید اسکرو (Lead Screw) : دقت بالا در محور Z
3.  تسمه‌های تایمینگ (Timing Belt) : حرکت روان در محورهای X و Y

سنسورها و کنترل‌کننده‌ها

سنسورها و کنترل‌کننده‌ها مسئول پایش عملکرد پرینتر و کنترل فرآیند پرینت هستند. همچنین این دو قطعه باعث بهبود دقت پرینت و کاهش خطاهای رایج (مانند انسداد نازل و تاب برداشتن) می‌شوند. از همین رو سنسورها و کنترل کننده ها دارای 4 بخش مهم هستند که عبارتند از: 

1. سنسور دما : کنترل دمای نازل و صفحه ساخت
2. سنسور فیلامنت : تشخیص اتمام فیلامنت
3.  سنسور تراز (Auto Bed Leveling) : تنظیم خودکار ارتفاع صفحه ساخت
4.  کنترل‌کننده اصلی (Mainboard) : پردازش دستورات G-code و کنترل حرکات و دما

مزایای پرینتر سه بعدی فیلامنتی

مزایای پرینتر سه بعدی باتوجه به گستردگی دلایل استفاده از این فناوری بسیار گسترده و زیاد است. با این حال همین ویژگی ها است که سبب می شود تا بسیاری از صاحبان کسب و کار برای توسعه کار خود نسبت به انتخاب و تهیه این محصول اقدام کنند. برخی از مهم ترین ویژگی های پرینتر سه بعدی فیلامنتی عبارتند از:

• هزینه کم
• دسترسی آسان به مواد اولیه
• سهولت در استفاده در پرینت خودکار
• قابلیت پرینت اشکال مختلف
• تنوع رنگ و جنس فیلامنت

کاربردهای پرینتر فیلامنتی

کاربردهای پرینتر فیلامنتی باتوجه به گستردگی استفاده از این دستگاه در امور متفاوتی مورد استفاده قرار می گیرد. برخی از مهم ترین کاربردهای شناخته شده و مهم پرینتر FDM به شرح زیر است:

1. صنعت، نمونه‌سازی سریع قطعات یدکی
2. پزشکی، پرینت پروتز و مدل‌های آناتومیک
3. هنر و طراحی 
4.  آموزش مهندسی و طراحی

آینده پرینتر سه بعدی FDM

آینده پرینتر سه بعدی FDM باتوجه به پیشرفت های روزافزون این تکنولوژی و گسترش پیش از پیش آن، بسیار درخشان پیش بینی می شود. بااین حال برخی از بخش هایی که در آینده این فناوری تغییرات چشمگیری را تجربه خواهند کرد، عبارتند از:

پیشرفت در مواد
• توسعه فیلامنت‌های جدید با خواص بهتر مانند مقاومت حرارتی بالا، انعطاف‌پذیری بیشتر و مقاومت شیمیایی.
• تولید فیلامنت‌های ترکیبی با فلز، چوب و فیبر کربن برای بهبود استحکام و ظاهر.
افزایش دقت و کیفیت
• بهبود در طراحی نازل‌ها و سیستم‌های حرارتی باعث افزایش دقت و کاهش خطوط لایه‌ها خواهد شد.
• فناوری‌های جدید مانند پرینت دو نازله (Dual Extrusion) امکان پرینت همزمان با دو رنگ یا دو ماده را فراهم می‌کند.
هوشمندسازی پرینت
• استفاده از هوش مصنوعی (AI) برای تنظیم خودکار دما، سرعت و نحوه اکسترود
• پرینترهای FDM آینده قادر خواهند بود با شناسایی ایرادات، فرآیند پرینت را اصلاح کنند.
ادغام با سایر فناوری‌ها
• ترکیب FDM با سیستم‌های CNC و فناوری‌های پس‌پردازش برای ساخت قطعات با دقت بالا
• توسعه پرینترهای چند ماده‌ای برای پرینت همزمان با فیلامنت‌های مختلف

خرید پرینتر فیلامنتی FDM

هر چند خرید پرینتر فیلامنتی FDM باعث کاهش هزینه های چاپ و تولید محصول می شود اما باید این نکته را هم در نظر داشت که قیمت آنها نسبتا بالاست. بنابراین در هنگام خرید باید به مشخصات دستگاه و هدف خود از انتخاب آن دقت کنید، تا با توجه به میزان بودجه ای که دارید بهترین نوع پرینتر فیلامنتی یا سایر انواع را تهیه کنید. آذرین 3D یکی از بزرگترین مجموعه های فعال در حوزه پرینتر فیلامنتی سه بعدی در ایران است که با ارائه بیش از 20 مدل انواع پرینتر فیلامنتی در سایز های کوچک، بزرگ و صنعتی با کاربرد های متنوع توانسته است گزینه های مناسبی را برای کاربران پرینت 3D و مشتریان عزیز فراهم کند. در حال حاضر آذرین تک نماینده رسمی کمپانی های مطرحی مانند CREALITY, LONGER3D,  ANET، BIQU و Artillery در ایران می باشد و کلیه پرینتر های 3D دارای گارانتی تعویض، آموزش و پشتیبانی فنی می باشد. تلاش ما بر آن بوده است تا  با در نظر گرفتن کیفیت و استحکام، ارائه کننده بهترین پرینترهای FDM با قیمت و کارایی مناسب باشیم. چنانچه به مشاوره پیش از خرید نیاز دارید، واحد فنی و پشتیبانی این مجموعه همیشه آماده پاسخگویی به مشتریان عزیز هستند.