چاپگر سه بعدی چاپ سه بعدی

چاپگر سه بعدی چاپ سه بعدی: طراحی-برای-چاپ گردش کار، مواد و ارسال-پردازش

انقلاب تولید افزودنی نحوه مفهوم‌سازی، طراحی و تولید اشیاء فیزیکی را متحول کرده است. 3فناوری چاپ D، که زمانی به امکانات نمونه‌سازی صنعتی محدود می‌شد، برای علاقه‌مندان، مربیان، کارآفرینان و متخصصان در زمینه‌های مختلف قابل دسترسی شده است. درک گردش کار کامل-از مفهوم طراحی اولیه از طریق انتخاب مواد تا{3}}تکنیک های پردازش پست-برای هر کسی که به دنبال استفاده از پتانسیل کامل این فناوری تحول آفرین است ضروری است.

جریان کار طراحی-برای-چاپ

سفر از مفهوم دیجیتال به جسم فیزیکی از یک گردش کار سیستماتیک پیروی می کند که در هر مرحله به توجه دقیق نیاز دارد. موفقیت در پرینت سه بعدی نه تنها به کیفیت چاپگر شما بستگی دارد، بلکه به نحوه تهیه و مدیریت فایل های طراحی خود نیز بستگی دارد.

مفهوم سازی و طراحی CAD

هر شی پرینت سه بعدی به عنوان یک مدل دیجیتال شروع می شود. نرم افزار طراحی به کمک رایانه (CAD) به عنوان ابزار اصلی برای ایجاد این مدل ها عمل می کند. گزینه های محبوب عبارتند از Fusion 360، SolidWorks، Tinkercad برای مبتدیان، و Blender برای مدل سازی ارگانیک. انتخاب نرم‌افزار به نیازهای خاص شما بستگی دارد-قطعات مکانیکی به ابزارهای پارامتریک CAD نیاز دارند، در حالی که مجسمه‌های هنری از برنامه‌های کاربردی متمرکز-در مجسمه‌سازی سود می‌برند.

هنگام طراحی برای چاپ سه بعدی، اصول خاصی باید کار شما را هدایت کند. ضخامت دیوار اهمیت قابل توجهی دارد. خیلی نازک است و چاپ شما ممکن است خراب شود یا نتایج شکننده، خیلی ضخیم و ضخیم ایجاد کند و مواد و زمان را هدر دهید. اکثر چاپگرهای FDM به حداقل ضخامت دیواره 1-2 میلی متر برای یکپارچگی ساختاری نیاز دارند. زوایای بیش از 45 درجه، معمولاً به ساختارهای پشتیبانی نیاز دارند که پیچیدگی و کار پس از پردازش را اضافه می‌کنند.

ملاحظات طراحی همچنین شامل محاسبه لایه-طبق-طبیعت لایه تولید افزودنی می‌شود. برخلاف روش‌های کسر سنتی، پرینت سه بعدی اجسام را از پایین به بالا می‌سازد، به این معنی که جهت‌گیری مدل شما در حین چاپ بر استحکام، کیفیت سطح و امکان‌سنجی تأثیر می‌گذارد. قطعات تحت فشار در امتداد خطوط لایه ضعیف‌تر از آنهایی هستند که عمود بر لایه‌ها فشار می‌آورند و جهت‌گیری را به یک تصمیم ساختاری حیاتی تبدیل می‌کند.

تهیه و برش فایل

هنگامی که مدل CAD شما کامل شد، باید به عنوان یک STL (زبان مثلث استاندارد) یا فایل OBJ صادر شود. این فرمت ها هندسه سه بعدی شما را به صورت شبکه ای از مثلث ها نشان می دهند که نرم افزار برش می تواند آن را تفسیر کند. قبل از برش، فایل خود را برای وجود خطاهای-غیر{4}}لبه‌های چندگانه، عادی معکوس، و سوراخ‌هایی در مش بررسی کنید که باعث خرابی چاپ می‌شود.

نرم افزار Slicing به عنوان پل بین مدل سه بعدی و چاپگر شما عمل می کند. برنامه‌هایی مانند Cura، PrusaSlicer، و Simplify3D مدل جامد شما را به مجموعه‌ای از مسیرهای ابزار-دستورالعمل‌های خاص ترجمه می‌کنند که به چاپگر می‌گوید مواد را کجا بگذارد، با چه سرعتی حرکت کند و در چه دمایی کار کند. این فایل کد G- حاوی هزاران فرمان جداگانه است که به صورت متوالی در حین چاپ اجرا می شوند.

مرحله برش سفارشی سازی گسترده ای را ارائه می دهد. ارتفاع لایه وضوح را تعیین می‌کند-لایه‌های کوچک‌تر (0.1-0.2 میلی‌متر) سطوح صاف‌تری تولید می‌کنند اما زمان چاپ را به‌طور تصاعدی افزایش می‌دهند، در حالی که لایه‌های بزرگتر (0.3 میلی‌متر +) سریع‌تر با پله‌های قابل مشاهده‌تر چاپ می‌شوند. الگوهای پر کردن و چگالی بر استحکام و استفاده از مواد تأثیر می گذارد. پر کردن ژیروید 20% نسبت قدرت به وزن عالی را برای اکثر برنامه ها ارائه می دهد. سرعت چاپ، دما، تنظیمات پس‌کشی و پارامترهای خنک‌کننده همگی بر اساس مواد و مدل‌های خاص شما نیاز به تنظیم دارند.

ساختارهای پشتیبانی در حین برش سزاوار توجه ویژه هستند. این داربست‌های موقت ویژگی‌های آویزان را در طول چاپ نگه می‌دارند اما باید پس از آن برداشته شوند. قرار دادن پشتیبانی استراتژیک ضایعات مواد و تلاش پس از پردازش را به حداقل می‌رساند. تکیه‌گاه‌های درختی، یک نوآوری جدیدتر، از ساختارهای انشعابی استفاده می‌کنند که مدل را در نقاط کمتری لمس می‌کنند، سطوح تمیزتر باقی می‌مانند و از مواد کمتری نسبت به تکیه‌گاه‌های خطی سنتی استفاده می‌کنند.

تهیه و اجرای چاپ

قبل از شروع هر چاپ، آماده سازی مناسب چاپگر ضروری است. تسطیح بستر تضمین می کند که نازل فاصله ثابتی را از سطح ساخت در سراسر منطقه چاپ حفظ می کند. حتی مشکلات جزئی تراز کردن باعث مشکلات چسبندگی، تاب برداشتن یا شکست کامل چاپ می شود. چاپگرهای مدرن اغلب شامل تسطیح خودکار تخت می‌شوند، اما تأیید دستی عمل خوبی است.

تکنیک های چسبندگی بستر بسته به مواد متفاوت است. PLA معمولاً به خوبی به نوار نقاش، شیشه یا ورق های PEI می چسبد. ABS به دمای بستر بالاتر نیاز دارد و از سطوحی مانند نوار کاپتون یا دوغاب ABS بهره می برد. PETG به شدت به اکثر سطوح می‌چسبد-گاهی اوقات خیلی خوب-که به مواد رهاکننده مانند چسب چسب برای جلوگیری از آسیب به صفحات ساختمانی در حین برداشتن نیاز دارد.

عوامل محیطی به طور قابل توجهی بر موفقیت چاپ تأثیر می گذارد. ثبات دما اهمیت دارد. پیش نویس ها باعث خنک شدن ناهموار می شوند که منجر به تاب برداشتن و جدا شدن لایه ها می شود. ABS به ویژه به محفظه های چاپ محصور شده نیاز دارد که دمای محیط 40-50 درجه را حفظ کنند. رطوبت بر کیفیت فیلامنت تأثیر می گذارد - بسیاری از مواد رطوبت سنجی هستند و رطوبت هوا را جذب می کنند که باعث ایجاد حباب، رشته و چسبندگی لایه ضعیف در طول چاپ می شود. نگهداری مناسب فیلامنت در ظروف دربسته با مواد خشک کننده باعث حفظ کیفیت مواد می شود.

مواد برای چاپ سه بعدی

انتخاب مواد به شدت بر فرآیند چاپ و ویژگی های قطعه نهایی تأثیر می گذارد. هر خانواده مادی مزایا و چالش های متمایزی را ارائه می دهد.

ترموپلاستیک ها

PLA (پلی لاکتیک اسید)چاپ سه بعدی مصرف کننده به دلیل سهولت استفاده و منشاء گیاهی-ش غالب است. در دمای نسبتاً پایین (190-220 درجه ) چاپ می‌شود، کمترین تاب را ایجاد می‌کند، و نیازی به تخت گرمایشی ندارد-هر چند کمک می‌کند. زیست تخریب پذیری PLA برای کاربران آگاه از محیط زیست جذاب است، اما همین ویژگی آن را برای برنامه های کاربردی در فضای باز یا محیط های با دمای بالا نامناسب می کند. قطعات حدود 60 درجه شروع به نرم شدن می کنند و کاربردهای کاربردی را محدود می کند. با این حال، بازتولید جزئیات عالی و تنوع رنگ گسترده PLA آن را برای نمونه های اولیه، اقلام تزئینی و مدل های آموزشی عالی می کند.

ABS (اکریلونیتریل بوتادین استایرن)در مقایسه با PLA خواص مکانیکی و مقاومت دمایی بالاتری ارائه می دهد. همان پلاستیکی که در آجرهای لگو و قطعات خودرو استفاده می شود، ABS تا دمای 100 درجه را تحمل می کند و مقاومت خوبی در برابر ضربه ایجاد می کند. با این حال، ABS نیاز به چاپ دقیق‌تری دارد-در دمای بالا (230-250 درجه)، تخت‌های گرم شده (80-110 درجه)، و محفظه‌های محصور از تاب برداشتن ناشی از خنک‌سازی دیفرانسیل جلوگیری می‌کند. ABS همچنین دود استایرن را در حین چاپ منتشر می کند که نیاز به تهویه مناسب دارد. صاف کردن بخار استون می تواند چاپ های خشن ABS را به قطعاتی براق و با ظاهر حرفه ای تبدیل کند.

PETG (پلی اتیلن ترفتالات گلیکول)فاصله بین سهولت PLA و قدرت ABS را پر می کند. این ماده{1}}ایمن مواد غذایی (همان پلاستیک در بطری های آب) تقریباً به آسانی PLA چاپ می شود در حالی که مقاومت در برابر دما، دوام و مقاومت شیمیایی بهتری را ارائه می دهد. انعطاف پذیری جزئی PETG از شکست شکننده جلوگیری می کند و آن را برای قطعات کاربردی عالی می کند. انواع شفاف آن کاربردهای نوری را فعال می کند. اشکال اصلی چسبندگی تهاجمی بستر است-قطعات می‌توانند آنقدر محکم به هم بچسبند که به سطوح ساختمان آسیب بزنند، و رشته‌بندی بین ویژگی‌های چاپی نیاز به تنظیم پس‌کشی دقیق دارد.

TPU و TPE (پلی اورتان/الاستومر ترموپلاستیک)انعطاف پذیری را به پرینت سه بعدی معرفی کنید. این مواد لاستیکی{2}}مانند واشرها، قاب‌های تلفن، لولاهای انعطاف‌پذیر، و پوشیدنی‌ها را قادر می‌سازد. چاپ رشته های منعطف نیازمند ملاحظات خاصی است-اکسترودرهای درایو مستقیم بهتر از تنظیمات Bowden کار می کنند، سرعت چاپ پایین از کمانش رشته جلوگیری می کند و حداقل جمع شدن از گیر کردن جلوگیری می کند. درجه بندی سختی ساحل نشان دهنده انعطاف پذیری است. 85A شبیه زیره کفش ورزشی است، در حالی که 60A شبیه نوارهای لاستیکی است.

مهندسی و مواد تخصصی

نایلون (پلی آمید)استحکام، انعطاف پذیری و مقاومت در برابر سایش استثنایی را ارائه می دهد. کاربردهای حرفه ای نایلون را برای قطعات کاربردی، چرخ دنده ها و اجزای مکانیکی ترجیح می دهند. با این حال، ماهیت رطوبت نایلون شدید است-رشته‌ای که رطوبت را به سرعت جذب می‌کند و نیاز به نگهداری در جعبه‌های خشک دارد و اغلب قبل از چاپ خشک می‌شود. دمای چاپ بالا (240-260 درجه) و تمایل شدید به تاب برداشتن محفظه ها و استراتژی های دقیق چسبندگی بستر را در بر می گیرد.

پلی کربنات (PC)نشان دهنده عملکرد بالا-پرینت سه بعدی مصرف کننده است. با مقاومت در برابر درجه حرارت تا 150 درجه، قدرت ضربه عالی و وضوح نوری، رایانه شخصی برای برنامه های کاربردی مناسب است. برای چاپ به دماهای بالا (270-310 درجه)، دستگاه‌های تمام فلزی و محیط‌هایی که به دقت کنترل می‌شوند، نیاز است. چسبندگی و تاب برداشتن بستر بسیار زیاد رایانه شخصی آن را برای کاربران با تجربه چالش برانگیز اما ارزشمند می کند.

رشته های کامپوزیتپلیمرهای پایه را با مواد افزودنی{0}}الیاف کربن، چوب، فلز یا ذرات سنگ مخلوط کنید. کامپوزیت‌های فیبر کربن نسبت‌های سفتی و استحکام فوق‌العاده‌ای-به وزن{3} را برای کاربردهای هوافضا و خودرو ارائه می‌کنند، اگرچه الیاف ساینده نازل‌های فولادی سخت شده را الزامی می‌کنند. رشته‌های پرشده از چوب{5}}زیبایی‌های ارگانیک را برای پروژه‌های هنری ایجاد می‌کنند، و رنگ آن بر اساس دمای چاپ تغییر می‌کند تا دانه‌های چوب را شبیه‌سازی کند. رشته‌های پرشده از فلز-به وزن و ظاهر فلزی می‌افزایند، اگرچه چاپ سه‌بعدی فلز واقعی به سیستم‌های اکستروژن پودری{{9} یا فلزی فراتر از تجهیزات مصرف‌کننده نیاز دارد.

ارسال{0}}تکنیک های پردازش

قسمتی که از چاپگر شما بیرون می آید به ندرت محصول نهایی را نشان می دهد. پردازش پست استراتژیک{1}}پرینت‌ها را از نمونه‌های اولیه چاپ شده سه بعدی{3} آشکار به قطعات حرفه‌ای و تصفیه شده ارتقا می‌دهد.

پشتیبانی از حذف و پاکسازی

اولین مرحله پردازش پست{0}}شامل حذف ساختارهای پشتیبانی و پاک کردن رشته یا حباب است. انبر بینی سوزنی، فلاش برش، و چاقوهای سرگرمی به عنوان ابزار اصلی هستند. برای جلوگیری از آسیب رساندن به قسمت واقعی، پشتیبان‌ها را با دقت حذف کنید-اگر تنظیمات برش‌کننده درست بود، پشتیبانی‌ها باید به‌طور تمیز در نقاط رابط جدا شوند. تکیه‌گاه‌های سرسخت ممکن است نیاز به خیساندن چاپ در آب (برای تکیه‌گاه‌های PVA) یا حلال‌های{6}} بر پایه لیمونن داشته باشند.

پس از حذف ساپورت، عیوب سطح باقی می‌مانند-علائم مربوط به محل اتصال ساپورت‌ها، رشته‌بندی بین ویژگی‌ها و خطوط لایه مشخصه‌ای که چاپ FDM را مشخص می‌کنند. وسعت پردازش پست بعدی به الزامات زیبایی شناختی و عملکردی شما بستگی دارد.

سنباده کاری و صاف کردن سطح

سنباده زدن تدریجی از طریق خرده های درشت تر تا ریزتر، خطوط لایه را از بین می برد و سطوح صاف را ایجاد می کند. با کاغذ سنباده 100-200 برای حذف قابل توجه مواد شروع کنید، تا 400، 800، 1000 و به طور بالقوه 2000+ سنگ شن برای شیشه- روکش های صاف پیش بروید. سنباده زنی مرطوب با سنگ ریزه های بالاتر از گرفتگی جلوگیری می کند و نتایج عالی را ایجاد می کند. این فرآیند کار فشرده ای است اما چاپ ها را به طرز چشمگیری دگرگون می کند.

صاف کردن شیمیایی جایگزین های سریع تری برای مواد خاص ارائه می دهد. ABS به خوبی به صاف کردن بخار استون پاسخ می دهد-قطعات معلق بالای استون در حال جوش در یک محفظه مهر و موم شده، لایه بیرونی را ذوب می کند و به خودی خود-تا سطح براق می شود. این تکنیک نیاز به کنترل دقیق دارد. نوردهی بیش از-جزئیات ظریف را ذوب می‌کند در حالی که نوردهی کمتر- سطحی ناهموار می‌گذارد. PLA را می توان با محصولات تخصصی مانند PolySmooth و سیستم صاف کننده بخار پلی میکر صاف کرد، هرچند کارایی کمتری نسبت به ABS دارد.

روش‌های هموارسازی جایگزین شامل اعمال پرکننده‌های پرکننده-اسپری-روی پرایمرهایی است که برای پر کردن خطوط لایه‌ها قبل از رنگ‌آمیزی طراحی شده‌اند. چندین لایه نازک، که هر یک صاف با سنباده صاف می شوند، سطحی را ایجاد می کنند که منشاء چاپ شده را کاملاً مبهم می کند. پوشش‌های رزین اپوکسی پوشش‌های ضدآب-فوق العاده صاف را ارائه می‌کنند اما وزن قابل توجهی را اضافه می‌کنند.

نقاشی و تکمیل

آماده‌سازی سطح مناسب بین چاپ‌های رنگ‌شده{0}}آماتور و حرفه‌ای تفاوت ایجاد می‌کند. پرایمر اهداف دوگانه دارد-بهبود چسبندگی رنگ و ایجاد رنگ پایه یکنواخت. پرایمرهای خودرویی برای پرینت های سه بعدی که در قوطی های اسپری یا فرمول های ایربراش موجود است، عالی عمل می کنند.

رنگ‌های اکریلیک با اکثر کاربردها مطابقت دارند-بر پایه آب-، با بوی کم-، و در رنگ‌های بی‌شماری موجود است. چند لایه نازک نتایج بهتری نسبت به کاربردهای ضخیم منفرد ایجاد می کند که جزئیات را مبهم می کند و به شکاف می رسد. مسواک زدن خشک جزئیات برجسته را برجسته می کند، شستشو به فرورفتگی ها عمق می بخشد و هایلایت و سایه مناسب باعث ایجاد جذابیت بصری می شود.

روکش های شفاف از پوشش های رنگ شده محافظت می کنند و ظاهر نهایی را تنظیم می کنند. کت های شفاف مات، ساتن و براق هر کدام زیبایی شناسی متفاوتی ایجاد می کنند. چند لایه نازک از دویدن جلوگیری می کند و پوشش یکنواختی را به دست می آورد. برای کاربردهای{3}}در فضای باز یا استفاده زیاد، کت‌های شفاف{4}}خودرویی دوام بالاتری دارند.

تکنیک های تکمیلی پیشرفته

پرداخت های فلزی چاپ را به سطح دیگری ارتقا می دهند. خدمات آبکاری فلز می‌تواند چاپ‌های ABS را با نیکل، مس یا کروم واقعی آبکاری کند و سطوح فلزی واقعی ایجاد کند که از فلز ریخته‌گری شده قابل تشخیص نیست. گزینه‌های DIY شامل رنگ‌های اسپری متالیک و پوشش‌های فلزی دمنده هستند که با تمرین به نتایج قانع‌کننده‌ای می‌رسند.

رنگ کردن نایلون یا قطعات رنگی طبیعی{0}PETG با رنگ‌های پارچه، رنگ‌های پر جنب و جوشی ایجاد می‌کند که به جای نشستن روی سطح، به مواد نفوذ می‌کنند. این تکنیک پوشش‌هایی با رنگ ثابت و-مقاوم با رنگ ایجاد می‌کند.

اتصال چندین قطعه چاپ شده به مجموعه های بزرگتر نیاز به چسب های مناسب دارد. سیانواکریلات (چسب فوق العاده) بیشتر پلاستیک ها را به سرعت به هم متصل می کند، اگرچه پیوندهای شکننده ممکن است تحت فشار از بین بروند. اپوکسی‌های دو قسمتی پیوندهای قوی‌تر و انعطاف‌پذیرتری ایجاد می‌کنند. جوشکاری پلاستیک با استفاده از آهن لحیم کاری یا هوای گرم، مواد اصلی را با هم ذوب می کند تا اتصالات یکپارچه و محکم بین قطعات همان ماده ایجاد شود.

نتیجه گیری

تسلط بر پرینت سه بعدی مستلزم درک کل گردش کار از زمان تصور تا تکمیل است. هر مرحله فرصت هایی را برای بهینه سازی و خلاقیت ارائه می دهد. انتخاب های طراحی بر قابلیت چاپ و قدرت تأثیر می گذارد. انتخاب مواد، قابلیت ها و محدودیت ها را تعیین می کند. پارامترهای برش کیفیت، سرعت و قابلیت اطمینان را متعادل می کنند. پردازش پست{6}}چاپ های ناهموار را به محصولات صیقلی تبدیل می کند.

با پیشرفت تکنولوژی، پرینت سه بعدی به طور همزمان توانمندتر و در دسترس تر می شود. چاپگرهای چند{2}}مواد، سرعت چاپ سریعتر، مواد قوی تر و نرم افزارهای هوشمندتر به طور مداوم امکانات را افزایش می دهند. با این حال، اصول اساسی ثابت باقی می‌مانند-طراحی دقیق، انتخاب مواد مناسب، پارامترهای چاپ مناسب، و پرداخت ماهرانه نتایج استثنایی را از نتایج متوسط ​​جدا می‌کند.

چه در تولید قطعات مکانیکی کاربردی، مجسمه‌های هنری، مدل‌های آموزشی یا نمونه‌های اولیه سریع، موفقیت در چاپ سه‌بعدی ناشی از تلقی آن به عنوان یک فرآیند جامع است. هر تصمیم در مراحل بعدی موج می زند. یک قسمت{3}}که به خوبی طراحی شده است به راحتی چاپ می‌شود و به حداقل ارسال{4}} پردازش نیاز دارد. انتخاب مناسب مواد برای کاربرد تضمین می کند که محصول نهایی مطابق با هدف کارایی خود را انجام دهد. کار تکمیل ماهر و صبور، هر چاپی را به کیفیت حرفه ای ارتقا می دهد.

دموکراتیک ساختن از طریق پرینت سه بعدی به افراد این امکان را می دهد تا اشیاء فیزیکی ایجاد کنند که قبلاً به امکانات صنعتی نیاز داشتند. درک و تسلط بر طراحی-برای-چاپ گردش کار، خواص مواد و تکنیک‌های پردازش پست{4}}این پتانسیل را باز می‌کند و تخیل دیجیتال را به واقعیت ملموس تبدیل می‌کند.