بررسی مفهوم «سرعت پرینت سه‌بعدی»

سرعت پرینترهای سه‌بعدی و محدودیت‌های آن، یک دغدغهٔ بسیار رایج در بین تولیدکنندگان و خریداران پرینتر سه‌بعدی است. به ظاهر تعریف و اندازه‌گیری سرعت در پرینترهای سه‌بعدی ساده به نظر می‌رسد، ولی همانند مفاهیم دیگر که در دنیای پرینترهای سه‌بعدی مطرح است، تعریف و درک «سرعت پرینت سه‌بعدی» نیاز به بررسی بیشتر دارد.

در یک بیان ساده، سرعت پرینت سه‌بعدی، بیان‌کنندهٔ مواد مصرفی پرینتر سه‌بعدی برای ساخت یک قطعه در یک بازهٔ زمانی معین است. 

متناسب با تکنولوژی‌ مورد استفاده در پرینتر سه‌بعدی، سرعت آن با واحدهای متفاوتی اندازه‌گیری و بیان می‌شود. اغلب از واحدهای لیتر بر ساعت (l/h)، سانتی‌متر مکعب بر ساعت (cm^3/h) و یا کیلوگرم بر ساعت (kg/h) برای بیان سرعت پرینترهای سه‌بعدی فلز، واحد میلی‌متر بر ثانیه (mm/s) برای بیان پرینترهای سه‌بعدی FDM و میلی‌متر بر ساعت (mm/h) برای بیان سرعت پرینترهای سه‌بعدی رزینی استفاده می‌شود.

ولی سوال این است که آیا واقعا می‌توان سرعت عملکرد یک پرینتر سه‌بعدی و یا به طور کلی‌تر سرعت کل فرآیند ساخت با استفاده از پرینترهای سه‌‌بعدی را با یک پارامتر مشخص اندازه‌گیری و بیان کرد. برای پاسخ به این سوال کمی در موضوع دقیق‌تر خواهیم شد.

به طور کلی فرآیند پرینت سه‌بعدی را می‌توان به سه بخش دسته‌بندی کرد:

• پیش از ساخت (Pre-Processing)
• ساخت (Build Stage)
• پرداخت (Post-Processing)

در مرحلهٔ پیش از ساخت، مدل سه‌بعدی کامپیوتری برای فرآیند پرینت سه‌بعدی آماده می‌شود. در فرآیند ساخت، قطعه توسط پرینتر سه‌بعدی ساخته می‌شود و در فرآیند پرداخت، قطعهٔ ساخته شده توسط پرینتر سه‌بعدی، برای استفادهٔ نهایی آماده می‌شود. 

از طرف دیگر، سرعت تکمیل هر کدام از مراحل پیش از ساخت، ساخت و پرداخت به عوامل و پارامترهای بسیار متنوع و متفاوتی وابسته است؛ از هندسهٔ مدلی که قصد ساخت آن را داریم تا تکنولوژی پرینتر سه‌بعدی و روش پرداخت نهایی مدل!

با این توضیحات؛ برای تعریف و اندازه‌گیری پارامتر «سرعت پرینت سه‌بعدی» باید زمان لازم برای تکمیل هر سه‌ مرحلهٔ پرینت سه‌بعدی را برای هر قطعه به‌طور جداگانه اندازه‌گیری کنیم.

فارغ از اینکه فرآیند اندازه‌گیری زمان مورد نیاز برای مراحل پیش از ساخت،‌ ساخت و پرداخت سخت و دشوار است،‌ هدف ما در این نوشته هم پرداختن به پارامتری مشابه ولی متفاوت است. در ادامه به پارامتر سرعت به عنوان یک پارامتر ساختاری و ویژگی یک پرینتر سه‌بعدی خواهیم پرداخت.

«سرعت پرینتر سه‌بعدی» به عنوان یک شاخص انتخاب و مقایسهٔ پرینترهای سه‌بعدی:

همانطور که اشاره شد، سرعت یک شاخص تاثیرگذار در فرآیند انتخاب و خرید پرینتر سه‌بعدی است. ولی این شاخص در هر کدام از تکنولوژی‌های مختلف پرینتر سه‌بعدی به شکل‌های متفاوتی بیان می‌شود. 

بررسی سرعت پرینتر سه‌بعدی FDM

در بررسی سرعت ساخت یک پرینتر سه‌بعدی FDM باید به سه فاکتور توجه کرد: 

بیشینهٔ سرعت جابه‌جایی نازل: بیان‌کنندهٔ بیشترین سرعتی که نازل پرینتر سه‌بعدی می‌تواند در حرکت خط مستقیم به آن دست یابد.

تغییر جهت سرعت: این فاکتور نشان می‌دهد که حداکثر سرعت مجاز نازل پرینتر سه‌بعدی پیش از تغییر جهت حرکت چقدر می‌تواند باشد.

شتاب: این فاکتور شتاب نازل پرینتر سه‌بعدی را در افزایش و کاهش سرعت نشان می‌دهد.

این سه فاکتور را می‌توان به عنوان ویژگی‌های هر پرینتر سه‌بعدی FDM در نظر گرفت که قابلیت مقایسه با دیگر پرینترهای سه‌بعدی را دارد.

در اغلب موارد تنها به فاکتور اول (بیشینهٔ سرعت جابه‌جایی نازل) به عنوان عامل تاثیرگذار بر سرعت کار پرینتر سه‌بعدی توجه می‌شود. ولی برای درک درست سرعت کار یک پرینتر سه‌بعدی FDM باید به هر سه عامل توجه کرد.

نکتهٔ بسیار مهمی که باید به آن توجه کرد این است که به‌‌طور کلی افزایش سرعت کاری یک پرینتر سه‌بعدی موجب کاهش کیفیت ساخت می‌شود. پس توانایی یک پرینتر سه‌بعدی در رسیدن به یک سرعت کاری بالا،‌ به معنای این نیست که می‌توانیم در همهٔ مراحل ساخت یک قطعه، از پرینتر سه‌بعدی با حداکثر سرعت کار بکشیم.

همانطور که اشاره شد، سرعت پرینترهای سه‌بعدی FDM با واحد میلی‌متر بر ثانیه (mm/s) بیان می‌شود که نشان‌دهندهٔ طول خط پرینت تولید شده در هر ثانیه است.

بررسی سرعت پرینترهای سه‌بعدی SLA/DLP/LCD

در پرینترهای سه‌بعدی با تکنولوژی‌های LCD و DLP توانایی منبع نور در پخت هر لایه از رزین، نقش مهمی در سرعت پرینتر سه‌بعدی دارد. از طرفی در پرینتر سه‌بعدی SLA، سرعت حرکت لیزر در هر لایه بر سرعت پرینتر سه‌بعدی اثر می‌گذارد.

مانند پرینترهای سه‌بعدی FDM، قابلیت یک دستگاه پرینتر سه‌بعدی SLA یا DLP و یا LCD در دست‌یابی به یک سرعت ساخت مشخص به این معنا نیست که قرار است تا کل فرآیند کاری آن پرینتر با همان روند ادامه یابد. بسته به ویژگی‌های پرینتر سه‌بعدی رزینی،‌ مواد مورد استفاده و عمر مورد انتظار برای منبع نور دستگاه می‌توانیم به یک تنظیم بهینه برای سرعت پرینتر دست پیدا کنیم.

همانطور که اشاره شد، سرعت پرینترهای سه‌بعدی SLA/DLP/LCD اغلب با واحد میلی‌متر بر ساعت (mm/h) بیان می‌شود که نشان‌دهندهٔ طول ساخته شدهٔ قطعه در راستای محور Z (ارتفاع قطعه) در هر ساعت است.