آیا می‌دانید اکسترودر فیلامنت چیست؟ اگر در مورد پرینترهای سه بعدی کمی جستجو کرده باشید حتما با کلماتی از قبیل فیلامنت، اکسترودر، نازل، اکسترودر فیلامنت و … برخورد کرده‌اید. در این مقاله قصد داریم به معرفی اکسترودر فیلامنت و اجزای تشکیل دهنده آن بپردازیم. پس از آن با خطاهای احتمالی در پرینت سه بعدی با استفاده از این مدل اکسترودر خواهیم پرداخت. پیشنهاد می‌کنیم تا انتهای این مقاله با تیم ژئومارس همراه باشید.
فیلامنت چیست؟
پیش از آنکه بگوییم “اکسترودر فیلامنت چیست؟” لازم است با خود فیلامنت آشنا شویم:
فیلامنت (Filament) در لغت به معنای رشته است. آشناترین نوع فیلامنت‌ها، رشته‌های نازکی هستند که در لامپ‌های رشته‌ای یا تنگستنی مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما در حوزه پرینت سه بعدی، فیلامنت به متریال و مواد مصرفی پرینترهای سه بعدی گفته می‌شود که معمولا به صورت رول‌های نیم کیلوگرمی و یک کیلوگرمی در بازار به فروش می‌رسند.
رشته‌های پلیمری مورد استفاده در اکسترودر فیلامنت عمدتا از نوع ترموپلاستیک ها می‌باشند که ترکیبی از پلاستیک و لاستیک است. مجموع نقاط قوت لاستیک‌ها و پلاستیک‌ها ساختار فیزیکی مکانیکی خاصی را به فیلامنت‌ها بخشیده است که این متریال به صورت گسترده‌ای در صنایع خودروسازی و دیگر صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد.
از نقاط قوت فیلامنت‌ها، مطابقت این متریال با مسائل محیط زیستی است، یعنی به دلیل ساختار تجزیه پذیری که دارند به محیط زیست هیچ آسیبی نمی‌رسانند و نیز به گونه‌ای طراحی شده‌اند بخار و بوی مضری از آن ها ساطع نمی‌شود.
از جمله ویژگی‌های یک فیلامنت خوب می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- عدم ایجاد بوی بر اثر گرمادهی
- ثابت باقی مانده قطر فیلامنت و عدم وجود تلورانس ضخامتی
- عدم وجود حباب هوای محبوس شده ( علتی برای خرابی مدل پرینت شده و کاهش ظرافت قطعه خروجی)
- عدم وجود شکستگی و قطعی در طول فیلامنت
- جنس و کیفیت مطلوب
- قابلیت چسبندگی مناسب
- تطابق مشخصات ابعادی مدل پرینت شده با مدل نرم افزاری
- پخش یکنواخت رنگ دانه‌های فیلامنت به صورت کامل
اجزای تشکیل دهنده اکسترودر فیلامنت
اجزای تشکیل دهنده اکسترودر فیلامنت به طور معمول شامل محفظه، استپر موتور، نازل، بلوک هات اند، ترمیستور، پنبه نسوز و فن می‌باشد که عملیات ذوب و تزریق فیلامنت از طریق آن صورت می‌گیرد. روش انجام عملیات آن به این صورت است که ابتدا هیتر با توان مناسبی محفظه آلومینیومی و نیز نازل را تا دمای قابل قبول (قابل تنظیم) گرم می‌کند. رشته‌های فیلامنت از طریق پیچ سوراخ داری از محفظه داغ شده عبور می‌کند و عملیات ذوب فیلامنت انجام می‌گیرد. فیلامنت ذوب شده از طریق نازل از اکسترودر خارج می‌شود و مدل سه بعدی چاپ می‌گردد.
وظیفه ترمیستور این است که دمای محفظه را به کنترلر اکسترودر انتقال دهد تا دما در میزان مورد نظر تنظیم باقی بماند. یکی از مهم‌ترین اجزایی که در اکسترودرهای فیلامنت باید به آن توجه نمود، استپر موتور است که با استفاده از یک پولی برنجی و یک بلبرینگ وظیفه حرکت رو به جلوی فیلامنت را به عهده گیرد. این حرکت با توجه به ضریب از پیش تعیین شده‌ای انجام می‌شود و متناسب با طرح مدل نرم افزاری و میزان حرکت، مواد ذوب شده از نازل خارج می‌شوند.
دیگر اعضای مهم اکسترودرها، فن و هیت سینک‌ها هستند که از انتقال گرمای ایجاد شده در محفظه به دیگر بخش‌ها جلوگیری می‌کنند. اگر گرما به بخش‌های دیگر اکسترودر منتقل شود، می‌تواند به آن صدمه بزند که این اجزا علاوه بر جلوگیری از انتقال گرما، وظیفه خنک کردن بقیه قطعات را دارند و نیز مانع از سرایت گرمای زیاد به قسمت‌های بالایی رشته های قیلامنت می‌شوند.
خطای ایجاد شده در جریان اکسترود فیلامنت
خطای جریان ضعیف در اکسترودر فیلامنت یکی از رایج‌ترین خطاهای پرینترهای سه بعدی می‌باشد. در این نوع خطا، اکسترودر از نظر میزان فشار و سرعت قادر به تزریق فیلامنت نمی‌باشد و اصطلاحا خطای Under-extrusion یا کمبود اکستروژن رخ می دهد. این خطا شامل گم شدن لایه‌ها، مشبک شدن لایه‌ها، نازک شدن لایه‌ها و یا ایجاد شکلاف لایه‌ای در عملیات چاپ سه بعدی است.
برای مطمئن شدن از وجود این خطا در پرینترهای سه بعدی لازم است که یک مکعب کوچک با حداقل سه لایه مواد چاپ گردد. دلیل وجود سه خط این است که بررسی شود آیا این سه لایه به صورت کامل به یکدیگر چسبیده اند یا خیر. اگه این سه خط مواد به یکدیگر چسبیده باشند و شکافی بین آنها وجود نداشته باشد، مشکل کمبود اکستروژن وجود نخواهد داشت. این خطا می‌توانند به علت های زیر رخ بدهد.
- قطر نامناسب فیلامنت
- تنظیم نبودن ضریب اکستروژن
- عدم تمیزی نازل اکسترودر
در ادامه به بررسی بیشتر این خطاها می‌پردازیم.
قطر نامناسب فیلامنت
فیلامنت مورد استفاده باید با اندازه معین شده در نرم افزار شبیه سازی مطابقت داشته باشد. اکسترودر فیلامنت مطابق مدل سه بعدی تهیه شده، اقدام به چاپ مواد می‌کند و در صورت عدم مطابقت می‌تواند میزان تزریق مواد به اکسترودر کاهش یابد.
در نرم افزار استفاده شده ابتدا بایستی در بخش تنظیمات قطر فیلامنت و مطابقت آن با فیلامنت خریداری شده چک شود. قطر فیلامنت‌های موجود در بازار معمولا 75/1 و 85/2 میلی‌متر است که بر روی بسته بندی آنها، اندازه قطر نوشته می‌شود.
تنظیم نبودن ضریب اکستروژن
اگر از تناسب میان قطر فیلامنت و قطر تعیین شده در نرم افزار اطمینان حاصل شد اما همچنان مشکل در پرینت وجود داشت، باید ضریب اکستروژن تنظیم شود. هر اکسترودر فیلامنت می‌تواند ضریب اکستروژن منحصر به فردی داشته باشد که این ضریب معمولا با نام Flow rate (نرخ جریان) در نرم افزار مربوطه وجود دارد.
برای آَشنایی بیشتر با این ضریب به مثال زیر توجه کنید:
اگر ضریب اکستروژن قبلی میزان 1 بوده است و شما آن را به 05/1 یا 1/1 تغییر دهید به این معنی است که اکسترودر به ترتیب به میزان 5 و 10 درصد مواد بیشتری را اکسترود می‌کند. اگر در آزمایش نمونه بین سه خط فاصله‌ای مشاهده کردید، عدد ضریب اکستروژن را تا میزانی تغییر دهید تا فاصله مشاهده شده از بین برود.
معمولا ضریب اکستروژن مناسب برای فیلامنت ABS رقمی در حدود 1 و برای فیلامنت PLA در حدود 9/0 است.
عدم تمیزی نازل اکسترودر
علت دیگری که می‌تواند باعث انجام نشدن عملیات پرینت به صورت مناسب گردد، گرفتگی مجرای نازل اکسترودر فیلامنت است. لازم است که پس از استفاده از پرینتر و اتمام عملیات چاپ، نازل اکسترودر بررسی شود که در بخش های داخلی و خارجی آن کثیفی و گرفتگی وجود نداشته باشد.
