تعریف مفهوم «رزولوشن پرینتر سه‌بعدی» و بررسی عوامل تاثیرگذار بر آن

وقتی در مورد رزولوشن پرینترهای سه‌بعدی صحبت می‌کنیم، در حقیقت در مورد دو مفهوم مستقل صحبت می‌کنیم: رزولوشن افقی یا رزولوشن صفحه X-Y؛ رزولوشن عمودی یا رزولوشن محور Z.

دلیل اینکه در اغلب مواقع این دو نوع رزولوشن در پرینترهای سه‌بعدی به صورت مجزا بیان می‌شود، تفاوت مکانیزم‌های مورد استفاده در اغلب پرینترهای سه‌بعدی در محور Z و صفحهٔ X-Y است.

رزولوشن افقی (X-Y) چیست؟

رزولوشن افقی در پرینترهای سه‌بعدی بیان‌کنندهٔ توانایی پرینتر سه‌بعدی در ساخت کنترل‌شدهٔ کوچکترین عنصرها و اجزا است.

رزولوشن افقی در اغلب پرینترهای سه‌بعدی FDM توسط تسمه و استپر موتورها، در پرینترهای LCD و MSLA با تراکم پیکسل‌ها و در پرینترهای SLA به واسطهٔ قطر و مکانیزم حرکتی لیزر محدود می‌شود.

رزولوشن عمودی (Z) چیست؟

به کمترین ضخامتی که یک پرینتر سه‌بعدی توانایی ساخت آن را دارد، رزولوشن عمودی آن گفته می‌شود. رزولوشن عمودی پرینترهای سه‌بعدی با نام‌های «ضخامت لایه‌ها» و «ارتفاع لایه‌ها» هم شناخته می‌شود.

توجه کنید که وقتی گفته می‌شود که رزولوشن عمودی یک پرینتر سه‌بعدی مثلا ۱۰۰ میکرومتر است، منظور این است که نازک‌ترین لایه‌هایی که این پرینتر می‌تواند بسازد ۱۰۰ میکرومتر ضخامت دارد؛ ولی به این معنا نیست که این پرینتر توانایی ساخت لایه‌‌هایی با ضخامت‌های بیشتر را ندارد.

همانطور که می‌دانید پرینترهای سه‌بعدی از تکنولوژی‌های مختلفی بهره می‌برند. عوامل تاثیرگذار بر رزولوشن پرینت سه‌بعدی در تکنولوژی‌های مختلف متفاوت است. به همین خاطر باید مفهوم رزولوشن را در هر کدام از این تکنولوژی‌ها به‌طور مجزا بررسی کرد. در ادامه به تعریف و بررسی مفهوم رزولوشن در انواع تکنولوژی‌های پرینت سه‌بعدی می‌پردازیم.

عوامل تاثیرگذار بر رزولوشن پرینتر سه‌بعدی FDM چیست؟

آ. عوامل تاثیرگذار بر رزولوشن افقی پرینتر سه‌بعدی FDM

در اغلب پرینترهای سه‌بعدی FDM، از استپر موتورها برای حرکتِ صفحهٔ ساخت و یا نازل پرینتر سه‌بعدی استفاده می‌شود. استپر موتورها توانایی تبدیل حرکت دورانی گسسته به حرکت طولی را دارند. هرچه توانایی استپر موتور در حرکت با گام‌های کوچکتر و دقیق‌تر بیشتر باشد، رزولوشن افقی در پرینترهای سه‌بعدی افزایش می‌یابد. 

قطعهٔ دیگری که در رزولوشن افقی پرینترهای سه‌بعدی FDM تاثیرگذار است، اندازه دندانه‌های تسمهٔ انتقال قدرت در محورهای X-Y است. البته به این خاطر که دندانه‌های تسمه‌ با دندانه‌های استپر موتور هماهنگ است، دندانه‌های بیشتر در تسمه‌ها نمی‌تواند کمکی به افزایش رزولوشن پرینتر سه‌بعدی بکند.

یکی از فاکتورهای که می‌تواند بر روی رزولوشن افقی پرینت سه‌بعدی FDM تاثیر بگذارد، قطر نازل، کیفیت فیلامنت مورد استفاده،‌ نرخ یا دبی ماده‌گذاری پرینتر و همچنین مکانیزمِ مکانیکی پرینتر سه‌بعدی FDM است. فاکتورهای قطر نازل، کیفیت فیلامنت مورد استفاده و دبی ماده‌گذاری بر کیفیت قرارگیری خطوط فیلامنت ذوب‌شده تاثیر مستقیم دارد و فاکتور مکانیزم پرینتر سه‌بعدی FDM، برای هماهنگی و یکدستی خطوط پرینت تعیین‌کننده است.

ب. عوامل تاثیرگذار بر رزولوشن عمودی پرینتر سه‌بعدی FDM

مهم‌ترین فاکتورهای تاثیرگذار بر رزولوشن عمودی پرینتر سه‌بعدی FDM، قطر نازل و خواص فیلامنت مورد استفاده است. ناگفته نماند که با وجود تاثیر مستقیم استپر موتورها در لایه‌گذاری فیلامنت، به خاطر دقت بالای آن‌ها، محدودیتی بر رزولوشن عمودی پرینتر سه‌بعدی اعمال نمی‌کنند و می‌توان از تاثیر این فاکتور بر رزولوشن عمودی صرف نظر کرد.

عوامل تاثیرگذار بر رزولوشن پرینتر سه‌بعدی LCD/MSLA چیست؟

آ. عوامل تاثیرگذار بر رزولوشن افقی پرینتر سه‌بعدی LCD/MSLA

عاملی که بر رزولوشن افقی در پرینتر سه‌بعدی با تکنولوژی LCD تاثیرگذار است، تراکم پیکسلی LCD است که با واحد پیکسل بر اینچ و یا PPI بیان می‌شود. عامل دیگری هم که می‌تواند بر رزولوشن افقی پرینتر سه‌بعدی تاثیر بگذارد، خواص رزین مورد استفاده است.

ب. عوامل تاثیرگذار بر رزولوشن عمودی پرینتر سه‌بعدی LCD/MSLA

مانند پرینترهای سه‌بعدی FDM، استپر موتورها نقش مستقیمی در لایه‌گذاری پرینتر دارند، ولی به خاطر دقت بالای آن‌ها، محدودیتی در رزولوشن عمودی یک پرینتر سه‌بعدی LCD ایجاد نمی‌کنند.

یک عامل تاثیرگذار بر رزولوشن عمودی پرینتر LCD، توانایی رزین مورد استفاده در پخت (Cure) به‌موقع و یکنواخت هر لایه است. همچنین ویسکوزیتهٔ رزین هم می‌تواند تاثیر زیادی بر رزولوشن عمودی داشته باشد. به‌طوری که بعضی برندهای تولیدکنندهٔ رزین، رزین‌های مخصوصی را با ویسکوزیتهٔ پایین‌تر و مخصوص پرینت با رزولوشن بالا تولید می‌کنند. 

عوامل تاثیرگذار بر رزولوشن پرینتر سه‌بعدی SLA چیست؟

آ. عوامل تاثیرگذار بر رزولوشن افقی پرینتر سه‌بعدی SLA

یکی از فاکتورهای اساسی که در رزولوشن افقی پرینتر سه‌بعدی SLA تاثیرگذار است، قطر لیزر مورد استفاده در پرینتر است. در حقیقت قطر لیزر تعیین‌کنندهٔ کوچک‌ترین نقطه‌ای در صفحهٔ X-Y است که می‌تواند توسط پرینتر پخت (Cure) شود.

فاکتور دیگری که می‌تواند در رزولوشن افقی پرینتر SLA تاثیر بگذارد، دقت مکانیزم حرکتی پرینتر در جابه‌جایی لیزر در صفحهٔ X-Y است. بر خلاف قطر لیزر که پارامتر غیر قابل تغییر در پرینتر سه‌بعدی SLA است، دقت مکانیزم حرکتی پرینتر با هربار آپدیت Firmware پرینتر (توسط کمپانی) می‌تواند بهبود یابد.

علاوه بر این دو فاکتور، خواص رزین مورد استفاده هم می‌تواند بر روی رزولوشن افقی پرینتر سه‌بعدی SLA تاثیرگذار باشد.

ب. عوامل تاثیرگذار بر رزولوشن عمودی پرینتر سه‌بعدی SLA

مهم‌ترین عامل تاثیرگذار بر رزولوشن عمودی پرینتر SLA، خواص رزین و توانایی آن در پخت به‌موقع و یکنواخت در هر لایه است.

سوالات مهم و پرتکرار در مورد رزولوشن و ارتفاع (صخامت) لایه‌ها در پرینترهای سه‌بعدی

آیا همیشه لایه‌‌های ضخیم‌ بد است؟

تعیین ضخامت لایه‌ها با ارزیابی مجموعه‌ای از معیارها امکان‌پذیر است. لایه‌های نازکتر به معنی تکرارهای بیشتر و در نتیجه زمان چاپ طولانی‌تر است. پرینت با ضخامت لایه‌های 25 میکرون 4 برابر زمان بیشتری از پرینت با ضخامت لایه‌های 100 میکرون نیاز دارد. تکرارهای بیشتر(تعداد لایه‌های بیشتر) به معنای فرصت بیشتر برای خلق یک نقص و مشکل در روند چاپ هم هست. به عنوان مثال، حتی با احتمال موفقیت 99.99 درصد در چاپ بی‌نقص هر لایه، چهار برابر کردن رزولوشن شانس موفقیت چاپ را از 90 درصد به 67 درصد کاهش می‌دهد(با این فرض که نقص در یک لایه قطعه نهایی را هم ناقص می‌کند).

ضخامت لایه‌های کمتر به معنای زمان چاپ طولانی‌تر و شانس کمتر برای چاپ موفق است.

آیا لایه‌های نازکتر همیشه موجب کیفیت پرینت سه بعدی بهتر می‌شوند؟

نه همیشه! این موضوع وابسته به مدلی که چاپ می‌شود و همچنین رزولوشن XY پرینتر است. در حالت کلی لایه‌های نازکتر به معنای زمان طولانی‌تر و شانس خطای بیشتر است. در بعضی موارد چاپ قطعات با رزولوشن پایین‌تر(به عنوان نمونه لایه‌های ضخیم‌تر) می‌تواند کیفیت نهایی چاپ بهتری را نتیجه دهد.

چه مواقعی لایه‌های نازکتر کمکی نمی‌کند؟

لایه‌های نازکتر معمولاً همراه با گذار روان‌تر در قطرها هستند که همین بسیاری از مصرف‌کننده‌ها را ترغیب به تنظیم پرینتر بر روی بیشترین حد رزولوشن در راستای Z می‌کند. ولی چه می‌شود اگر قطعه غالباً از لبه‌های عمودی و افقی تشکیل شده باشد، با زوایای 90 درجه و قطرهای اندک؟ در آن موارد لایه‌های اضافی سبب افزایش کیفیت قطعه نمی‌شود.

از آنجایی که رزولوشن XY پرینتر ایده‌آل نیست و در هنگام روی هم قرار دادن لایه‌ها دچار خطا می‌شود، با افزایش تعداد لایه‌ها احتمال ایجاد خطا هم در قطعه نهایی هم افزایش می‌یابد. لایه‌های بیشتر به معنای لبه‌های غیرهم‌تراز بیشتر در هر صفحه است.

چه زمانی رزولوشن Z بالاتر را برگزینیم؟

در مواقع در اختیار داشتن یک پرینتر سه بعدی با رزولوشن XY خوب و یک مدل پیچیده و لبه‌های قطری زیاد، کاهش ضخامت لایه‌ها می‌تواند موجب ساخت قطعه‌ی با کیفیت‌تر شود. علاوه بر این اگر قطعه کوچک باشد(200 لایه یا کمتر)، افزایش رزولوشن محور Z می‌تواند کیفیت چاپ را افزایش دهد.

از مزایای افزایش رزولوشن پرینتر سه بعدی در راستای Z برای طرح‌های خاص می‌توان به شکل‌های ارگانیک، انحناهای صیقلی، برجسته‌سازی‌های کوچک و حکاکی‌های پیچیده اشاره کرد.

از مزایای افزایش رزولوشن در راستای Z برای طرح‌های خاص می‌توان به شکل‌های ارگانیک، انحناهای صیقلی، برجسته‌سازی‌های کوچک(Small Embossing) و حکاکی‌های پیچیده(Itricate Engraving) اشاره کرد. به عنوان یک دستوالعمل کلی هرچه تعداد لایه‌ها افزایش یابد شانس بروز خطا هم به تبعیت از آن افزایش می‌باید و فقط در مواردی که کاملاً ضروری است باید رزولوشن Z را افزایش داد. برای پرینتر مناسب و انواع خاص قطعات، با بالا بردن رزولوشن راستای Z می‌توان جزئیات ساخت جزئیات پیچیده‌تر را توسط پرینتر سه بعدی امکان‌پذیر کرد.

رزولوشن پرینت سه بعدی چیست؟ (3D Printing Resolution)

به‌طور عامیانه به ارتفاع لایه‌های یک قطعه‌ی چاپ سه بعدی شده، رزولوشن آن گفته می‌شود. ولی به طور کلی رزولوشن پرینت سه‌بعدی را می‌توان در هر سه محور تعریف کرد.

رزولوشن پرینتر سه بعدی چیست؟ (3D Printer Resolution)

به کوچکترین ارتفاعی که یک پرینتر سه بعدی توانایی ساخت یک قطعه را دارد گفته می‌شود. ناگفته نماند که رزولوشن پرینتر سه بعدی در محورهای مختلف می‌تواند تعریف شود، ولی در حالت کلی رزولوشن اشاره به ارتفاع دارد.

پیشنهاد مطالعه بیشتر: بررسی مفهوم سرعت پرینت سه‌بعدی

منبع: Formlabs و All3DP