پرینتر سه بعدی در طول سال ها به سرعت و به طور چشم گیری تکامل یافته است و مدل های مختلفی از پرینتر سه بعدی ساخته شده اند. اتفاقی که در سال ۱۹۸۰ با ساخت اولین پرینتر شروع شده و تا به امروز ادامه پیدا کرده است.پرینترهای سه بعدی انواع مختلفی دارند و یکی از محبوب ترین آن ها مدل FDM است.
FDM مخفف کلمه ( fused deposition modeling ) است که به مفهوم ساخت مدل از طریق ذوب مواد است. تکنولوژی پرینتر سه بعدی FDM با ذوب مواد مصرفی که اصطلاحا فیلامنت گفته می شود، باعث ساخت لایه به لایه قطعات پرینت سه بعدی شده و با توجه به وجود یک فن در کنار اکسترودر پرینتر سه بعدی و نازل دستگاه بعد از ساخت هر لایه، خشک شده و لایه بعدی بر روی لایه قبل شکل می گیرد.
پرینت سه بعدی FDM یک فرایند ساخت افزودنی است که متعلق به خانواده “اکستروژن” است.پرینتر سه بعدی فیلامنتی یا FDM با ذوب کردن پلاستیک و اکسترود آن، محصول سه بعدی را به صورت لایه به لایه می سازد. پرینتر سه بعدی اف دی ام یک پرینتر سه بعدی ارزان به حساب می آید. مواد اولیه این پرینترهای سه بعدی فیلامنت است. فیلامنت یک قرقره از پلاستیک قابل ذوب شدن است. پرینت سه بعدی FDM ارزان ترین روش ساخت افزودنی به شمار می رود.
پرینترهای سه بعدی FDM پر استفاده ترین پرینتر های سه بعدی دنیا هستند و اکثریت مردم پرینت سه بعدی را با این تکنولوژی می شناسند.
FDM چگونه کار می کند؟
پرینتر سه بعدی FDM از یک نازل برای تزریق لایه به لایه پلاستیک روی یک پلتفرم یا سینی ساخت استفاده می کند. این نازل فیلامنت پلاستیک را به دمای بالایی می رساند که باعث می شود فیلامنت به حالتی نیمه جامد و شکل پذیر دربیاید.
1)در مرحله اول یک قرقره از فیلامنت ماده ترموپلاستیک در دستگاه پرینتر سه بعدی قرار می گیرد. سپس نازل تا حد تعیین شده گرم شده و فیلامنت به نازل وارد شده و به دمای نزدیک به ذوب می رسد.
2)نازل پرینتر مجهز به یک سیستم ۳ محوره و یا ۲ محوره است، این نازل بر روی سطح سینی ساخت حرکت کرده و پلاستیک فشرده را در نقاط مناسب تزریق کند. نوع دیگری از پرینترهای سه بعدی FDM دارای نازل ۲ محوره هستند و در مقابل سینی ساخت پس از ساخت هر لایه در راستای Z می تواند حرکت کند.
3)هر لایه که ساخته می شود ، با پایین آمدن دما جامد می شود و لایه ی بعدی روی آن گذاشته می شود. برای ساخت یک سطح نیاز به عبور چند باره نازل از آن است.(مانند رنگ کردن یک مربع با ماژیک) این پروسه تا ساخته شدن قطعه تکرار می شود.نتیجه این پروسه ی تولید لایه به لایه، ایجاد سطحی پلکانی در مدل است.
برخی پرینترهای سه بعدی FDM دارای فن های خنک کننده در کنار نازل هستند که سرعت خنک شدن لایه ها را بالا می برد. این مسئله موجب بالا رفتن سرعت پرینت و کیفیت قطعه می شود.
متریال مصرفی در پرینتر FDM :
از جنس پلیمر میباشد و در صنعت پلیمرهای مختلفی وجود دارد که هر کدام خواص خاصی را دارا میباشند.مواد اولیه پرینتر سه بعدی FDM که در بازار جهانی وجود دارد بسیار گوناگون هستند که معمولا از لحاظ نقطه ذوب بعد پرینت، استحکام جسم پرینت شده، رنگ (شبرنگ و …) جسم سه بعدی و حلال جسم پرینت سه بعدی شده از یکدیگر متمایز میشوند.عمده مواد اولیه فیلامنت که هم اکنون در بازار جهانی به وفور یافت میشوند عبارتند از:
PLA , ABS ,TPC ,PET ,PP , PVA, HIPS و…..که از تمامی این مدلها فیلامنت PLA و بعد از آن ABS بیشترین مصرف را چه در سطح جهانی و در سطح ایران دارا هستند.
تنظیمات پرینتر :
بیشتر سیستم های FDM اجازه تنظیم چندین متغیر فرآیند، از جمله دمای هر دو نازل و پلتفرم ساخت، سرعت ساخت، ضخامت لایه و سرعت فن خنک کننده را می دهند. بیشتر این متغیرها توسط اپراتور دستگاه پرینتر سه بعدی تعیین می شوند.نکته با اهمیت در سفارش پرینت سه بعدی FDM، اندازه پلتفرم ساخت و ضخامت لایه است:
اندازه پلتفرم ساخت یا به عبارتی بزرگترین ابعاد قابل ساخت با یک پرینتر سه بعدی رومیزی معمولا ۲۰۰ × ۲۰۰ × ۲۰۰ میلی متر است در حالی که یک پرینتر سه بعدی صنعتی می تواند قطعاتی تا ابعاد ۱۰۰۰ × ۱۰۰۰ × ۱۰۰۰ میلی متر بسازد.
پایین تر بودن هزینه های پرینترهای سه بعدی رومیزی باعث گستردگی و در دسترس بودن آن ها شده ، تولید و نمونه سازی با این پرینترها به صرفه تر از پرینتر های سه بعدی صنعتی است. اگر تاکید خاصی روی یک تکه بودن قطعه نباشد، می توان یک مدل بزرگ را به چند تکه تقسیم کرده ، قطعه ها را جداگانه پرینت کرده و بعد از ساخت به هم متصل کرد.
ضخامت لایه معمول پرینت سه بعدی FDM بین ۵۰ تا ۴۰۰ میکرون است و هنگام سفارش پرینت قابل تعیین است. پرینت سه بعدی در ضخامت لایه پایین ، کیفیت و صافی سطوح قطعات را بالا برده و انحناها را دقیق تر می سازد. در مقابل در ضخامت لایه های بالاتر قطعه سریعتر و با هزینه پایین تری ساخته می شود.ضخامت لایه ۲۰۰ میکرون به عنوان یک ضخامت لایه استاندارد برای پرینت سه بعدی FDM شناخته می شود. قطعاتی که با این ضخامت لایه تولید می شوند از کیفیت قابل قبولی برخوردار بوده و قیمت مناسبی به نسبت کیفیت دارند.
مزایای پرینتر FDM :
1) پرینترهای FDM تمایل دارند بسیار مقرون به صرفه باشند ، نسبتاً آسان کار کنند و مواد آنها به طور گسترده در دسترس باشد ( این به معنی کاهش هزینه چاپ سه بعدی است ).
2) دوام: اشیاء چاپ شده FDM می توانند برای اهداف مختلفی مورد استفاده قرار گیرند ،
3) یادگیری چاپ سه بعدی: FDM مکانی عالی برای شروع کار هنگام آموزش دانش آموزان ،
4-)پرینتر سه بعدی اف دی ام به دلیل نداشتن محدودیت در شکل ظاهری جسم برای تولید کاربرد های متنوع و جالبی را دارد و در زمینه های متفاوتی از جمله: صنعتی ، پزشکی ، معماری ، مجسمه سازی ، قالبسازی ، روباتیک ، شیرینی پزی و …
معایب پرینتر FDM:
1) فناوری پرینت سه بعدی به روش FDM دقت کمتری را در مقایسه با سایر فناوری‌های چاپ سه بعدی دارد (مثل قالب تزریق و …)، بنابراین برای قطعات با جزئیات پیچیده مناسب نیست.
2) قطعات سه بعدی پرینت شده توسط فناوری FDM احتمالاً خطوط لایه قابل مشاهده‌ای دارند، بنابراین پردازش و پرداخت برای رسیدن به یک سطح صاف لازم است.
3)مثلا میزان کشش بافت لایه ها در روش Fused deposition modeling نسبت به SLA کمتر است.
4) میزان ازدیاد وزن لایه های بالایی نسبت به سطوح پایینتر که خطاهایی مثل ترک خوردگی، نامتوازن شدن لایه ها، جداشدن لایه ها، لایه اول خراب و غیره را ایجاد میکند.
Reference
https://3dfast.ir/3d-print-school/3d-printing-technologies/what-is-FDM-3d-printer/
https://3bowdi.com/3d-printer/fdm-10-times-faster-13-10-2018/