دقت پرینت سه‌بعدی؛ از تئوری تا عمل
پیش از شروع بحث در مورد دقت پرینت سه‌بعدی یا دقت پرینتر سه‌بعدی باید چند سوال مهم را مطرح کنیم:
آیا دقت و رزولوشن در پرینترهای سه‌بعدی به یک معنا هستند؟ رزولوشن در یک پرینتر سه‌بعدی چه معنایی دارد؟ آیا رابطه‌ای بین دقت و رزولوشن در پرینترهای سه‌بعدی وجود دارد؟ وقتی قرار است دقت قطعهٔ پرینت سه‌بعدی شده را بررسی کنیم، کدام محور مهم‌تر است: X، Y یا Z؟
بله! متاسفانه شبهات زیادی در مورد دقت پرینت سه‌بعدی وجود دارد. برای بسیاری از افرادی که قصد خرید پرینتر سه‌بعدی دارند، یکی از چالش‌ها، درک درست از مفهوم دقت پرینتر سه‌بعدی و انتخاب پرینتر مناسب بر اساس آن است.
دقت پرینتر سه‌بعدی vs رزولوشن پرینتر سه‌بعدی
در یک کلام: رزولوشن و دقت پرینت سه‌بعدی دو مفهوم جدا از هم هستند.
در ساده‌ترین تعریف، دقت پرینت سه‌بعدی میزان قرابت و نزدیکی قطعهٔ پرینت سه‌بعدی شده با مدل اولیهٔ کامپیوتری آن است. واضح است که هرچه ابعاد قطعهٔ نهایی پرینت سه‌بعدی شده به قطعهٔ اولیهٔ طراحی شده در نرم‌افزارهای CAD نزدیک‌تر باشد، دقت پرینت سه‌بعدی بیشتر است.
در بسیاری از موارد، از تعاریفی دیگری نیز برای دقت پرینتر سه‌بعدی استفاده می‌شود. به عنوان مثال در بعضی از موارد دقت پرینت سه‌بعدی در هر کدام از محورهای X و Y به طور جداگانه بیان می‌شود. به عنوان نمونه گفته می‌شود دقت یک پرینتر سه‌بعدی در محور X و Y برابر با ۴۲ میکرومتر است. به این معنی است که این پرینتر در راستاهای X و Y ممکن است حداکثر تا ۴۲ میکرومتر دچار خطا شود.
و اما چگونه دقت یک پرینتر سه‌بعدی اندازه‌گیری می‌شود؟
تنها راه اندازه‌گیری دقت پرینتر سه‌بعدی این است که با استفاده از آن پرینتر، یک قطعهٔ نمونه پرینت سه‌بعدی شود. سپس با استفاده از یک اسکنر سه‌بعدی و یا ابزارهای دیگر اندازه‌گیری دقیق، ابعاد قطعهٔ مورد نظر اندازه‌گیری شود و در نهایت با مدل کامپیوتری اولیه از همان قطعه مقایسه شود.
ناگفته نماند که اختصاص یک عدد ثابت به عنوان دقت یک پرینتر سه‌بعدی خاص کار بسیار دشوار و حتی در برخی از موارد غیرممکن است. به این خاطر همانطور که در ادامه‌ٔ این نوشته خواهید خواند، دقت پرینتر سه‌بعدی می‌تواند از پارامترهای زیادی تاثیر بپذیرد. این پارامترها در طول زمان و شرایط متفاوت ثابت نیستند. به عنوان مثال نحوهٔ قرارگیری یک قطعه بر روی صفحهٔ کار، جنس و حتی رنگ ماده‌ٔ مصرفی می‌توانند از پارامترهای موثر بر دقت پرینت سه‌بعدی باشند.
عوامل موثر بر دقت پرینت سه‌بعدی
همانطور که اشاره شد، منظور از دقت ابعادی در پرینترهای سه‌بعدی این است که تا چه حد ابعاد قطعهٔ پرینت سه‌بعدی شده به مدل سه‌بعدی طراحی شده نزدیک است. هرچقدر این تفاوت اندازه کمتر باشد، دقت پرینتر سه‌بعدی مورد نظر بیشتر است.
حال بپردازیم به عواملی که بر دقت پرینتر سه‌بعدی تاثیر می‌گذارند:
در پرینترهای سه‌بعدی، چهار حوزهٔ مهندسی مکانیک، الکترونیک، نرم‌افزار و مواد دست‌به‌دست هم می‌دهند تا سازوکاری را برای ساخت اجسام به‌وجود آورند. به همین دلیل فاکتورهایی که در بهینه کردن این سازوکار نقش دارند بسیار گسترده‌اند. به عنوان نمونه اگر در یک پرینتر سه‌بعدی سیستم الکترونیکی دچار نقض شود می‌تواند بر کارایی مکانیکی دستگاه هم تاثیر مستقیم بگذارد.
پیش از آن‌که به فاکتورهای موثر بر دقت پرینت سه‌بعدی نگاهی بندازیم، یک‌بار گام‌های فرآیند پرینت سه‌بعدی را از ابتدا تا انتها بررسی کنیم:
- گام اول: طراحی مدل در نرم‌افزار طراحی سه‌بعدی
- گام دوم: آماده‌سازی مدل در نرم‌افزار اسلایسر پرینتر سه‌بعدی
- گام سوم: پرینت سه‌بعدی مدل
- گام چهارم: پرداخت نهایی مدل پرینت سه‌بعدی شده
شکل‌گیری خطا و کاهش دقت پرینت سه‌بعدی می‌تواند در هرکدام از این گام‌ها به وجود آید. پس اگر قصد دارید که از دقت پرینتر سه‌بعدی خود مطمئن شوید، باید فاکتورهای مختلفی که بر دقت پرینت سه‌بعدی تاثیر می‌گذارند را در هر کدام از این گام‌ها را بررسی کنید:
مدل سه‌بعدی اولیه
اولین گام در شروع یک فرآیند پرینت سه‌بعدی تهیهٔ یک مدل سه‌بعدی کامپیوتری است و همین گام می‌تواند تاثیر زیادی بر دقت پرینت سه‌بعدی داشته باشد. در فرآیند طراحی باید به نکات زیر توجه کنید:
از قیدهای طراحی برای پرینترهای سه‌بعدی آگاه باشید؛ پرینترهای سه‌بعدی هم مانند همهٔ ابزارهای ساخت‌وتولید دارای محدودیت‌های مختص به خود در فرآیند ساخت هستند. اگر طراح به این قیدها تسلط نداشته باشد، طرح سه‌بعدی به وجود آمده ممکن است در فرآیند پرینت سه‌بعدی دچار نواقض زیادی شود و در نهایت دقت پرینت سه‌بعدی کم شود.
به مش‌بندی توجه کنید؛ فرمت‌های ورودی نرم‌افزارهای اسلایسر به گونه‌ای هستند که مدل سه‌بعدی را با مش‌های هندسی تعریف می‌کنند. به همین دلیل مش‌بندی باید در نرم‌افزارهای طراحی به درستی انجام شود. معمولاً دو اشتباه رایج در مش‌بندی مدل سه‌بعدی رخ می‌دهد:
اول اینکه مش‌ها بسیار درشت و با زوایای بزرگ انتخاب می‌شوند که این حالت می‌تواند موجب می‌شود تا در هنگام پرینت سه‌بعدی صفحات منحنی به صورت چند ضلعی ساخته شوند. اشتباه دوم هم این است که مش‌ها بسیار ریز و با زوایای کوچک انتخاب شوند که سبب می‌شود حجم فایل تولید شده زیاد شود و نرم‌افزار اسلایسر پرینتر سه‌بعدی در بازخوانی آن دچار خطا شود. پس مش‌بندی مناسب مدل سه‌بعدی هم می‌تواند تاثیر زیادی بر دقت پرینت سه‌بعدی داشته باشد.
تنظیمات نرم‌افزار اسلایسر پرینتر سه‌بعدی
پس از اینکه از درست بودن فاکتورهای مدل آماده‌شده در نرم‌افزار طراحی سه‌بعدی مطمئن شدیم، زمان آن است که مدل را به نرم‌افزار اسلایسر پرینتر سه‌بعدی وارد کنیم.
در اغلب نرم‌افزارهای اسلایسر جدید، می‌توان بسیاری از فاکتورهای فرآیند پرینت سه‌بعدی همچون: سرعت پرینت سه‌بعدی، دمای نازل پرینتر سه‌بعدی و نرخ تزریق مواد را تنظیم کرد.
ساختار مکانیکی پرینتر سه‌بعدی
اگر هرکدام از اجزای مکانیکی یک پرینتر سه‌بعدی به درستی کار نکنند، می‌توانند به طور مستقیم بر دقت پرینتر سه‌بعدی تاثیر بگذارند. به عنوان نمونهٔ اجزایی همچون تسمه‌ها باید کشیدگی مطلوب خود را حفظ کنند و یا پیچ‌ها به روانی حرکت کنند.
همچنین فاصلهٔ نازل تا صفحهٔ ساخت به درستی تنظیم شده باشد و از کالیبراسیون دستگاه اطمینان حاصل شود.
در اغلب پرینترهای سه‌بعدی FDM، قطر نازل قابل تغییر است. انتخاب قطر نازل باید بر اساس پارامترهای خروجی مورد نظر تعیین شود. به طور کلی هرچه قطر نازل پرینتر سه‌بعدی FDM کمتر باشد، دقت قطعهٔ نهایی بیشتر است. ولی قطر نازل کم هم مشکلات خودش را دارد. پرینت سه‌بعدی با سرعت کمتر و همچنین احتمال بیشتر گرفتگی نازل نمونه‌هایی از این مشکلات هستند.
مواد اولیه
در همهٔ زیرتکنولوژی‌های پرینت سه‌بعدی، مواد اولیهٔ مورد استفاده می‌تواند تاثیر زیادی بر دقت پرینت سه‌بعدی داشته باشد. از آن‌جایی که پرینتر سه‌بعدی FDM متداول‌ترین نوع پرینتر سه‌بعدی است و مواد اولیهٔ آن بازار بزرگی را شکل داده است، بسیاری از کارخانه‌ها و کارگاه‌های ریز و درشت به تولید فیلامنت پرینتر سه‌بعدی FDM ترغیب شده‌اند. به همین دلیل انواع فیلامنت‌های بی‌کیفیت در بازار یافت می‌شود که استفاده از آن‌ها می‌تواند تاثیر زیادی بر دقت پرینت سه‌بعدی بگذارد. پیشنهاد من این است که همیشه برای انتخاب بهترین فیلامنت پرینتر سه‌بعدی با کارشناسان این حوزه مشورت کنید.
پرداخت نهایی قطعهٔ پرینت سه‌بعدی شده
در اغلب موارد نیاز است که پس از پایان فرآیند پرینت سه‌بعدی، قطعهٔ حاصل پرداخت شود. این پرداخت می‌تواند با اهداف زیر باشد:
- جدا کردن ساپورت از قطعه
- افزایش کیفیت سطح قطعه
- بهبود خواص مکانیکی و گرمایی قطعه
- تغییر رنگ قطعه
برای رسیدن به این اهداف می‌توان از روش‌های مکانیکی و شیمیایی استفاده کرد که در هردوی آن‌ها امکان تغییر در ابعاد قطعه وجود دارد. پس توصیهٔ من این است که اگر دقت ابعادی پرینت سه‌بعدی برای شما از اهمیت زیادی برخوردار است، حتماُ در پرداخت نهایی تغییرات احتمالی ابعاد را در نظر داشته باشید.
از رویکرد آزمون و خطا استقبال کنید
از آن‌جایی که حوزهٔ پرینت سه‌بعدی و به طور کلی ساخت افزایشی نوظهور است، همچنان بسیاری از جوانب آن بررسی نشده است و منابع فنی آن محدود است. به همین دلیل در بسیاری از موارد روش آزمون خطا بهینه‌ترین گزینه برای بیشینه کردن دقت پرینتر سه‌بعدی است.
پیشنهاد من این است که یک مدل تست مناسب برای خود انتخاب کنید. مدل تست مناسب، یک مدل سه‌بعدی است که بتواند همهٔ ظرفیت‌های یک پرینتر سه‌بعدی را به چالش بکشد.
پس از پرینت سه‌بعدی مدل مورد نظر، آن را به طور دقیق اندازه‌گیری کنید و با مدل کامپیوتری اولیه مقایسه نمایید. در آخر هم خطاهای موجود را در مدل کامپیوتری اولیه اعمال کنید. با تکرار این فرآیند می‌توانید به بیشینهٔ دقت پرینتر سه‌بعدی خودتان برسید.