آشنایی با اکسترودر پرینتر سه‌بعدی

اکسترودر پرینتر سه‌بعدی چیست؟

اکسترودر یک قطعه در پرینترهای سه‌بعدی است که ماده را به صورت مایع و یا نیمه-مایع خارج می‌کند. اکسترودر به طور انتخابی بر روی نقاط مشخص از هر لایه ماده‌گذاری کند تا در نهایت حجم مطلوب ساخته شود. در بعضی موارد، اکسترودرها تنها چسب‌های خاص را خارج می‌کنند تا بتوانند مواد پودری شکل را به هم بچسبانند.

اجازه دهید تا به نقش اکسترودر پرینتر سه‌بعدی بپردازیم. قطعه‌ای که با وجود کوچکی، از اهمیت زیادی در فرآیند پرینت سه‌بعدی و ساخت افزایشی برخوردار است.

هرچند اکسترودرها در ابتدا تنها در پرینترهای سه‌بعدی FDM و یا FFF مورد استفاده قرار می‌گرفتند، ولی در ادامه در زیرتکنولوژی‌های جدیدی همچون پاشش ماده(Material Jetting)، پاشش چسب(Binder Jetting) و حتی دستگاه‌های CPX کمپانی 3D Systems مورد استفاده قرار گرفتند. این دستگاه‌های ساخت افزایشی، همگی دارای ساختاری هستند که قبل از لایه‌نشانی مواد آن‌ها را به فرم مایع و نیمه-مایع در می‌آورند تا بتوانند از طریق اکسترود پرینتر سه‌بعدی، آن را خارج کنند.

اکسترودر پرینتر سه‌بعدی FDM

اکسترودر پرینتر سه‌بعدی FDM از چند جزء متفاوت ساخته شده است که شامل یک موتور برای کشیدن فیلامنت به درون نازل و یک نازل می‌شود. نازل پرینتر سه‌بعدی FDM، آخرین قسمتی از پرینتر است که با فیلامنت در تماس است و وظیفه‌ی هدایت درست فیلامنت بر روی سطح ساخت را بر عهده دارد.

برخی از پرینترهای سه‌بعدی FDM از دو یا چند اکسترودر استفاده می‌کنند. وجود چند اکسترودر به پرینتر اجازه می‌دهد تا بتواند چند فیلامنت را با رنگ‌ها و حتی جنس‌های مختلف به طور همزمان پرینت سه‌بعدی کند. در برخی موارد هم از این‌گونه از پرینترهای سه‌بعدی FDM، برای پرینت ساپورت با جنس متفاوت از قطعه‌ی اصلی استفاده می‌شود تا بتوان در انتهای کار، ساپورت‌ها را به راحتی از قطعه جدا کرد.

برای تنظیم کردن سیستم خنک‌کاری، بعضی از پرینترهای سه‌بعدی دارای یک محفظه‌ی ساخت بسته هستند. بسته بودن محفظه‌ی ساخت کمک می‌کند تا دمای آن در طول فرآیند ساخت ثابت بماند و قطعه‌ی پرینت سه‌بعدی شده دارای مقاومت بیشتری باشد.

اکسترودر پرینتر سه‌بعدی BinderJet

اغلب پرینترهای سه‌بعدی BinderJet موجود در بازار، پرینترهای سه‌بعدی Projet محصول کمپانی 3DSystems هستند. این پرینترهای سه‌بعدی دارای یک اکسترودر هستند که وظیفه‌ی پاشش مواد چسباننده و یا رنگ را بر روی بستری از ماده‌ی پودری‌شکل دارد. در حقیقت آخرین و اصلی‌ترین فرآیند پرینت سه‌بعدی در پرینترهای سه‌بعدی BinderJet، پاشش مواد چسباننده بر روی لایه‌های پودر ماده و جامدسازی آن است تا بتواند شکل مطلوب را بسازد.

اکسترودر پرینتر سه‌بعدی Polyjet

پرینترهای سه‌بعدی Polyjet، اولین‌بار توسط Objet توسعه داده شده‌اند و بعدها این کمپانی توسط Stratasys خریداری شده است. در این دستگاه‌ها، اکسترودر، ذرات قطره‌ای رزین‌های فوتوپلیمر را بر روی لایه‌های قطعه می‌پاشد و در همین حین این ذرات مایع با استفاده از اشعه‌ی UV جامدسازی می‌شوند تا بتوانند در نهایت قطعه‌ی مطلوب را بسازند.

اکسترودر Direct یا Bowden؛ کدام یک مناسب‌ترند؟

انتخاب نوع اکسترودر پرینتر سه‌بعدی مناسب باید بر اساس چند فاکتور اصلی انتخاب شود. این فاکتورها، زیرتکنولوژی پرینتر سه‌بعدی مورد نظر، موادی که قرار است برای فرآیند ساخت انتخاب شود، سرعت و دقت فرآیند پرینت سه‌بعدی است.

در کل می‌توان گفت که دو نوع متفاوت اکسترودر Direct و Bowden وجود دارد. طبیعت پروژه‌ای که قرار است به پیش ببرید بر روی انتخاب نوع اکسترودر پرینتر سه‌بعدی مورد نظر تاثیر می‌گذارد.

اکسترودر Direct به طور مستقیم به انتهای داغ(Hot End) پرینتر متصل است، در حالی که اکسترودر Bowden با کمک یک تیوب به انتهای داغ پرینتر سه‌بعدی متصل است. در اکسترودر Direct، دو چرخدنده به کمک استپرموتور می‌چرخند و فیلامنتی که از بین آن‌ها عبور می‌کند را به درون انتهای داغ پرینتر هدایت می‌کنند. در اکسترودر پرینتر سه‌بعدی Direct، مسیری که فیلامنت طی می‌کند نسبت به اکسترودر Bowden کوتاه‌تر است و به همین دلیل پرینت سه‌بعدی مواد انعطاف‌پذیر در این‌گونه از اکسترودرها راحت‌تر است.

مزیت اکسترودر Bowden در این است که به دلیل وزن کمتر اکسترودر(به دلیل داشتن اجزای کمتر متصل به آن)، توانایی ایجاد سرعت و شتاب بیشتر در جابه‌جایی نازل وجود دارد و همین سبب می‌شود تا سرعت نهایی پرینت سه‌بعدی بتواند افزایشی پیدا کند. همین تفاوت‌ها می‌تواند بر روی قیمت پرینتر سه‌بعدی، هرچند کم، تاثیر بگذارد.
هردو اکسترودر Direct و Bowden می‌توانند از سیستم هدایت فیلامنت مستقیم برخوردار شوند.

چالش‌های بالقوه در اکسترودر پرینترهای سه‌بعدی

در همه‌ی تکنولوژی‌های پرینتر سه‌بعدی که از قطعه‌ی اکسترودر در ساختارشان استفاده می‌کنند، اصلی‌ترین چالش، گیر کردن اکسترودر است. انتخاب مواد نامناسب برای پرینتر و همچنین کیفیت نامناسب مواد و نازل می‌تواند عامل گرفتگی در اکسترودر پرینتر سه‌بعدی باشد.