آموزش طراحی برای پرینت سه بعدی FFF یا FDM

خیلی از ایده‌هایی که برای چاپ سه‌بعدی سراغ‌مان می‌آیند، در نگاه اول ساده‌اند؛ یک قطعه، یک مدل، چند ساعت زمان، و یک پرینتر FDM. اما در عمل، اگر طراحی درست انجام نشده باشد، نتیجه چیزی نیست جز اتلاف وقت، مواد و انرژی. واقعیت این است که طراحی برای پرینت سه بعدی FDM فقط به شکل و اندازه مدل ربط ندارد، بلکه مستقیماً به این مربوط می‌شود که آیا آن مدل اصلاً قابل چاپ هست یا نه.

در این مقاله با نگاهی دقیق به فرآیند طراحی در چاپ سه‌ بعدی FFF (همان فناوری رشته‌گذاری ذوب‌شونده)، به سراغ چالش‌ها، محدودیت‌ها و راهکارهایی می‌رویم که باعث می‌شوند خروجی شما هم از نظر کیفیت و هم کارایی، به استاندارد نزدیک‌تر باشد.

چرا طراحی در چاپ FDM اهمیت دارد؟

در نگاه اول، چاپ سه‌بعدی با فناوری FDM یا FFF ساده به نظر می‌رسد: یک فایل دیجیتال می‌سازید، آن را به دستگاه می‌فرستید و منتظر می‌مانید تا مدل نهایی آماده شود. اما اگر طراحی درستی پشت این فایل نباشد، حتی بهترین پرینتر هم نمی‌تواند جادویی کند. این‌جاست که اهمیت طراحی برای پرینت سه‌ بعدی FDM خودش را نشان می‌دهد.

فناوری FDM برخلاف روش‌های دقیق‌تری مثل SLA یا SLS، محدودیت‌های خاصی دارد. عواملی مثل زاویه دیوارها، محل سوراخ‌ها، طول پل‌ها (Bridges)، یا حتی جهت‌گیری مدل روی صفحه چاپ، می‌توانند به‌راحتی کیفیت پرینت را پایین بیاورند یا باعث شکست قطعه شوند. مثلاً اگر یک سوراخ عمودی با قطر پایین طراحی شود، ممکن است قطر نهایی از آنچه انتظار داشتید کوچک‌تر دربیاید. یا اگر یک پل افقی بدون طراحی مناسب زده شود، به دلیل نداشتن پایه، لایه‌ها فرو می‌ریزند یا دچار افت کیفیت می‌شوند.

بدتر از همه این است که این ایرادات معمولاً در انتهای فرآیند مشخص می‌شوند؛ یعنی پس از ساعت‌ها انتظار و مصرف مواد. بنابراین، یک طراحی غیراصولی نه‌تنها خروجی بی‌کیفیتی به شما می‌دهد، بلکه هزینه‌ی زمانی و مالی قابل‌توجهی را هم به پروژه تحمیل می‌کند.

طراحی برای پرینت سه بعدی FDM یعنی درک محدودیت‌های فیزیکی و مکانیکی دستگاه و تطبیق مدل با این محدودیت‌ها. از ضخامت دیواره‌ها گرفته تا جهت ساخت (Build Direction)، همه این جزئیات باید از ابتدا در طراحی لحاظ شوند. این‌طوری می‌توانید بدون نیاز به ساپورت‌های اضافه، بعد از چاپ، قطعه‌ای دقیق، تمیز و کاربردی داشته باشید.

اگر بخواهیم خلاصه کنیم: طراحی خوب برای FDM نه فقط مسیر چاپ را هموار می‌کند، بلکه تفاوت بین یک مدل صرفاً چاپ‌شده و یک قطعه‌ قابل‌استفاده را رقم می‌زند.

اصول و نکات کلیدی طراحی برای پرینت سه‌ بعدی FDM

اگرچه پرینت سه‌بعدی با فناوری FDM یکی از مقرون‌به‌صرفه‌ترین روش‌های ساخت نمونه اولیه یا حتی تولید قطعات کاربردی است، اما مانند هر فرآیند ساخت دیگری، محدودیت‌هایی دارد که در حین طراحی برای پرینت سه بعدی FDM باید آن‌ها را در نظر گرفت. رعایت اصول طراحی هندسی باعث می‌شود کیفیت چاپ بالاتر برود، زمان و هزینه کمتری صرف شود و قطعات نهایی عملکرد بهتری داشته باشند.

در ادامه به مهم‌ترین نکات طراحی برای پرینت سه بعدی FDM به منظور دستیابی به یک چاپ موفق می‌پردازیم:

1. پل‌زنی (Bridging) و جلوگیری از افتادگی در پرینت سه بعدی FFF

در فرآیند چاپ FDM، پل‌سازی زمانی اتفاق می‌افتد که پرینتر باید پلی از ماده مذاب را بین دو نقطه‌ی بدون تکیه‌گاه ایجاد کند. در چنین حالتی، چون هیچ سطحی برای پشتیبانی از لایه‌ی در حال چاپ وجود ندارد، ماده‌ی مذاب تمایل دارد که خم شود یا به سمت پایین افت کند. این پدیده معمولاً در سوراخ‌های افقی موجود در دیواره‌ی قطعات یا در سقف بخش‌های توخالی دیده می‌شود.

برای کاهش مشکل افتادگی در هنگام پل‌سازی، دو راهکار اصلی وجود دارد:

1. کاهش طول پل: اگر طراحی قطعه اجازه دهد، کوتاه‌تر کردن فاصله بین دو نقطه‌ی بدون تکیه‌گاه می‌تواند افتادگی را به حداقل برساند. این کار ممکن است از طریق تغییر طراحی یا تقسیم قطعه به اجزای کوچکتر انجام شود.

2. استفاده از ساپورت (Support): افزودن ساختارهای موقتی ساپورت در زیر ناحیه‌ی پل، می‌تواند از افتادگی جلوگیری کند. با این حال، باید در نظر داشت که پس از اتمام چاپ، این ساپورت‌ها باید حذف شوند و معمولاً رد آن‌ها روی سطح قطعه باقی می‌ماند یا حتی ممکن است باعث آسیب‌دیدگی سطح شود.

نکته‌ی طراحی: در تکنولوژی FDM، حتی با بهترین تنظیمات، همواره مقدار کمی افتادگی یا اثر ساپورت در پل‌ها وجود دارد مگر اینکه طول پل کمتر از ۵ میلی‌متر باشد. اگر در طراحی نیاز به سطحی کاملاً صاف و هموار دارید، بهتر است یا طراحی را به چند قطعه تقسیم کنید و پس از چاپ مونتاژ نمایید، یا برای دستیابی به سطح بهتر از روش‌های پرداخت پس از چاپ مانند سوهان‌کاری، سنباده یا پوشش استفاده کنید.

2. سوراخ‌های عمودی (Vertical Axis Holes)

برای طراحی در چاپ سه‌ بعدی FFF، سوراخ‌هایی که در راستای محور عمودی طراحی می‌شوند، معمولاً کمی کوچک‌تر از اندازه‌ی موردنظر چاپ می‌شوند. دلیل این موضوع به رفتار نازل در حین چاپ مربوط می‌شود:

در هنگام چاپ محیط یک سوراخ عمودی، نازل لایه‌ی جدید را به پایین فشار می‌دهد تا چسبندگی آن به لایه‌ی قبلی بیشتر شود. این فشار باعث می‌شود که رشته‌ی مذاب که در حالت ایده‌آل باید دایره‌ای باشد، کمی پهن‌تر و صاف‌تر شود. در نتیجه، دیواره‌ی داخلی سوراخ کمی به داخل متمایل شده و قطر واقعی سوراخ کاهش می‌یابد.

این مشکل در سوراخ‌هایی با قطر کوچک‌تر، شدیدتر است؛ زیرا نسبت قطر سوراخ به قطر نازل در این حالت کمتر بوده و تغییر شکل لایه‌ها تأثیر بیشتری بر اندازه نهایی سوراخ دارد.

از طرفی، میزان این کاهش اندازه به عوامل مختلفی مانند مدل پرینتر، نرم‌افزار اسلایسر، جنس فیلامنت و حتی دمای چاپ بستگی دارد. در برخی موارد، نرم‌افزار اسلایسر این خطا را به‌صورت خودکار اصلاح می‌کند، اما معمولاً برای رسیدن به دقت بالا، چند بار تست و تنظیم دستی لازم است.

نکته‌ی طراحی: اگر دقت قطر سوراخ برای شما مهم است، بهترین راه این است که هنگام طراحی برای پرینت سه بعدی FDM، سوراخ را کمی کوچک‌تر طراحی کرده و پس از چاپ، با استفاده از دریل دستی یا ماشینی، آن را به اندازه‌ی نهایی برسانید. این روش ساده و مؤثر، دقت بسیار بالاتری نسبت به اتکای صرف به پرینتر FDM به شما خواهد داد.

3. زاویه‌های معلق یا آویزان (Overhangs)

زاویه‌های آویزان یکی از رایج‌ترین دلایل افت کیفیت پرینت هستند. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که لایه‌ی جدید چاپ‌شده، به‌طور کامل روی لایه‌ی زیرین قرار نمی‌گیرد و فقط بخشی از آن حمایت می‌شود. درست مانند پل‌سازی، نبود تکیه‌گاه کافی باعث بروز مشکلاتی مانند چسبندگی ضعیف، برآمدگی یا بالا رفتگی لبه‌ها (curling) می‌شود.

در حالت ایده‌آل، می‌توان زاویه‌های آویزان را تا حدود ۴۵ درجه بدون افت کیفیت چاپ کرد. در این زاویه، تقریباً ۵۰٪ از لایه جدید روی لایه قبلی قرار دارد که چسبندگی و پشتیبانی مناسبی را فراهم می‌کند. اما اگر زاویه از ۴۵ درجه بیشتر شود، لایه‌ها عملاً آویزان می‌شوند و برای حفظ شکل، نیاز به ساپورت دارند.

همچنین، در بخش بیرونی Overhang، ضخامت لایه‌ها کاهش می‌یابد و این باعث سرد شدن غیریکنواخت و بالا جمع شدن لبه‌ها (curling) می‌شود که به‌خصوص در مواد پلاستیکی شایع است.

نکته‌ی طراحی: در طراحی برا پرینت سه بعدی FDM، اگر زاویه‌ی دیواره بیشتر از ۴۵ درجه است، حتماً از ساپورت استفاده کنید. البته باید توجه داشت که ساپورت روی سطح قطعه اثر می‌گذارد و پس از چاپ، معمولاً به پرداخت سطح یا سنباده‌کاری نیاز خواهد بود. اگر زیبایی سطح برایتان مهم است، می‌توانید طراحی قطعه را طوری تغییر دهید که زوایای آویزان حذف یا کمتر شوند.

4. لبه‌ها و گوشه‌ها (Corners)

در پرینت سه‌بعدی به روش FDM، نازل چاپ دایره‌ای‌شکل است. به همین دلیل، هیچ گوشه‌ای به‌طور کامل تیز یا ۹۰ درجه نخواهد بود—همیشه مقداری شعاع برابر با قطر نازل در گوشه‌ها باقی می‌ماند.

یکی از چالش‌های جدی در این بخش، پدیده‌ای به نام “پای فیل” (Elephant’s Foot) است که معمولاً در لایه‌های ابتدایی چاپ رخ می‌دهد. وقتی نازل لایه‌ی اول را برای چسبیدن بهتر روی صفحه‌ی ساخت فشار می‌دهد، لبه‌ها کمی به بیرون گسترش می‌یابند. اگر دقت ابعادی یا مونتاژ قطعات برایتان مهم باشد، این تورم در لبه‌ها می‌تواند دردسرساز شود.

همچنین در پرینت‌هایی با موادی مثل ABS، ممکن است با پدیده‌ی وارپینگ (Warping) مواجه شوید. در این حالت، به‌دلیل سرد شدن ناهمگون بین لایه‌ی اول (که زودتر سرد می‌شود) و لایه‌های بالاتر (که هنوز داغ هستند)، گوشه‌های پایین قطعه به سمت بالا جمع می‌شوند و باعث تاب‌برداشتن قطعه از صفحه‌ی ساخت می‌شود.

راه‌حل طراحی: اگر قطعه‌ای طراحی می‌کنید که قرار است مونتاژ شود یا اندازه‌های دقیقی دارد، پیشنهاد می‌شود که روی تمام لبه‌هایی که روی صفحه‌ی ساخت قرار می‌گیرند، شیب ۴۵ درجه (چمفر) یا شعاع داخلی (فیلت) در نظر بگیرید. این کار هم از بروز پای فیل جلوگیری می‌کند، هم چسبندگی را بهتر می‌کند و هم برداشتن قطعه از صفحه‌ی ساخت را آسان‌تر می‌سازد.

اگر به دقت بالا برای تست فیت یا اسمبل نیاز دارید، بهتر است به جای FDM از تکنولوژی‌هایی مثل پرینت سه بعدیSLA یا PolyJet استفاده کنید.

5. پین‌های عمودی (Vertical Pins)

پین‌های عمودی در طراحی قطعات پرینت سه‌بعدی FDM معمولاً برای راست‌چین‌سازی (alignment) یا مونتاژ قطعات به کار می‌روند. از آنجا که این پین‌ها اغلب کاربردی هستند، بسیار مهم است که از نظر ابعادی و استحکام، قابلیت چاپ مناسبی داشته باشند.

اگر پین قطری بیش از ۵ میلی‌متر داشته باشد، نازل اطراف آن را با پریمتری (perimeter) چندلایه و اینفیل داخلی پر می‌کند. این یعنی اتصال قوی به بدنه‌ی اصلی قطعه.

اما وقتی قطر پین کمتر از ۵ میلی‌متر باشد، اغلب فقط از پریمتری نازک تشکیل می‌شود و خبری از اینفیل نیست. این یعنی اتصال ضعیف‌تر و شکننده‌تر، و در برخی موارد حتی پین چاپ نمی‌شود یا لایه‌های جدید به درستی به لایه‌های قبلی نمی‌چسبند.

چاپ موفق پین‌های باریک به عوامل زیادی مثل کالیبراسیون دقیق پرینتر، ارتفاع لایه مناسب، سرعت چاپ، دما و … بستگی دارد. با این حال، طراحی می‌تواند کمک زیادی کند.

راه‌حل طراحی:

• اگر پین شما زیر ۵ میلی‌متر قطر دارد، حتماً در پایه‌ی آن یک فیلت (شعاع کوچک) در نظر بگیرید تا هم استحکام افزایش یابد، هم تنش در نقطه‌ی اتصال کاهش پیدا کند.
• اگر دقت یا عملکرد پین برایتان بسیار مهم است، پیشنهاد می‌شود به‌جای چاپ مستقیم پین، فقط یک سوراخ در آن قسمت طراحی کنید و بعداً یک پین آماده را در آن جا بزنید.

6. تقسیم مدل و بهینه‌سازی جهت ساخت

گاهی اوقات، بهترین راه برای حل مشکلات ساپورت، تغییر در جهت چاپ یا تقسیم مدل به قطعات کوچک‌تر است. با این روش نه تنها نیاز به ساپورت را کاهش می‌دهید، بلکه زمان چاپ و احتمال خطا نیز کم می‌شود. به‌علاوه، جهت‌گیری مناسب در صفحه ساخت می‌تواند استحکام قطعه را در جهت مورد نیاز افزایش دهد، چرا که ساختار لایه‌ای FDM در یک جهت خاص ضعیف‌تر عمل می‌کند.

7. جهت‌گیری سوراخ‌ها

سوراخ‌های افقی که نیاز به ساپورت دارند، می‌توانند مشکل‌ساز شوند؛ چون تمیز کردن ساپورت داخل آن‌ها دشوار است. با تغییر جهت چاپ (مثلاً چرخاندن قطعه ۹۰ درجه)، می‌توان سوراخ را در راستای عمودی پرینت کرد و نیازی به ساپورت نداشت.

هفت ملاحظه مهم در طراحی برای پرینت سه‌ بعدی FDM

در این بخش دستورالعمل های ویژگی هندسه و طراحی برای پرینت سه بعدی FDM در CAD را ارائه می کنیم.

پیشنهاد می کنیم برای موفقیت در طراحی برای پرینت سه بعدی FDM بر 7 ملاحظه اصلی هندسی تمرکز کنید. این‌ها صرفا چند توصیه کلی هستند، زیرا طرح نهایی و نتیجه به اندازه مدل شما و ویژگی های آن بستگی خواهد داشت.

1. انتخاب نازل مناسب و تأثیر آن بر طراحی برای پرینت سه بعدی FDM

یکی از اولین نکات قابل توجه در طراحی برای پرینت سه بعدی FDM قطر نازل است. اغلب چاپگرها در پرینت سه بعدی FFF دارای قطر استاندارد نازل 0.4 mm هستند. اگر چاپگر شما گزینه تعویض نازل را دارد، می توانید چاپ های سریع تر را با یک نازل بزرگتر ایجاد کرده یا با یک نازل کوچکتر به جزئیات دقیق تری دست یابید.

طراحی برای نازل مناسب اهمیت دارد. حداقل ضخامت قطعه شما باید با قطر نازل شما یکسان بوده یا بزرگتر از آن باشد.

2. طراحی مناسب لایه زیرین در چاپ سه بعدی FFF

3 دستورالعمل مهم جهت در نظر گرفتن برای لایه زیرین قطعه شما وجود دارد.

در طراحی برای پرینت سه بعدی FDM، لایه زیرین پایه چاپ 3 بعدی شما است. هرچه مساحت آن بیشتر باشد، کشش سطحی صفحه ساخت بهتر خواهد بود. برای مواد مستعد انقباض، لایه زیرین بزرگ برای جلوگیری از پیچش توصیه شده است. اگر پرینت 3 بعدی شما در حال کاهش است، سعی کنید برای حداکثر مساحت سطح لایه زیرین آن را مجددا طراحی کرده یا جهت دهی کنید. همچنین می توانید یک ساختار چسبندگی مانند یک بستر یا لبه قابل جابجایی را در پایه آن قرار دهید. می توان این را با استفاده از نرم افزار برش مانند Ultimaker Cura اضافه کرد. این ویژگی ها می‌توانند قابلیت اطمینان چاپ و عملکرد قطعه را افزایش دهند.

استفاده از گچبری یا لبه‌های پخ در مناطق مستعد تنش نیز از طریق توزیع کارآمدتر بار، خرابی قطعه را کاهش می‌دهد. به دلیل اینکه نازل‌های پرینتر پرینت سه بعدی FFF مدور هستند، گوشه ها و لبه ها شعاعی برابر با اندازه نازل دارند. گرچه این ویژگی ها هرگز به طور کامل زاویه دار نخواهند شد، اندازه کوچکتر نازل می تواند گوشه های تیزتری ایجاد کند. لبه های تیز روی سطح زیرین احتمال تاب خوردگی دارند اما یک لبه گرد شده روی هر گوشه این خطر را کاهش خواهد داد.

3. صرفه‌جویی در استفاده از ساپورت

در طراحی برای پرینت سه بعدی FDM، اگر می خواهید در مصرف مواد صرفه جویی کنید یا اگر چاپگر شما تنها می تواند از مواد ساپورت محدود استفاده کند (مانند PLA یا ABS، که حذف آن می تواند سخت باشد)، می‌توانید طرح خود را تنظیم کنید. حتی اگر یک چاپگر 3 بُعدی با چند اکستروژن دارید که مواد نگهدارنده تخصصی را چاپ می کند، می توانید برای صرفه جویی در وقت و هزینه استفاده از ساپورت‌ها را به حداقل برسانید.

دستورالعمل معمول هنگام طراحی برای چاپ سه بعدی FFF “قانون 45 درجه” است.

به طور کلی، برآمدگی های کمتر از 45 درجه از یک سطح عمودی نیازمند مواد نگهدارنده خواهد بود.

توصیه کردیم که از پل زنی در زمانی که چاپگر 3 بُعدی شما باید یک قطعه مسطح، افقی از مدل در هوا چاپ کند، اجتناب کنید_ پل زنی 2 قطعه طرح. این بدان معنا است که چاپگر باید به سرعت خطوط پلاستیک را از میان یک شکاف بکشد تا از سقوط در هنگام چاپ جلوگیری کند.

در مواردی که استفاده از یک “پل” ضروری است، هرچه مسافت کوتاه تر باشد، نتیجه بهتری خواهد داشت. برای “پل ها”ی طولانی تر از ماده نگهدارنده استفاده کنید.

4. جزئیات کوچک در طراحی برای پرینت سه بعدی FDM

برای طراحی در چاپ سه بعدی FFF، چاپ جزئیات کوچک می‌تواند دشوار باشد، بنابراین طراحی شما باید قابلیت‌های فیزیکی پرینتر سه بعدی FFF شما را بررسی کند.

برای نتایج بهتر هنگام چاپ قطعه‌هایی با جزئیات کوچک، توصیه کردیم که:

• استفاده کردن از قطر نازل کوچکتر
• اطمینان یافتن از اینکه جزئیات کوچک قبل از اضافه شدن لایه بعدی زمان کافی برای خنک شدن دارند.
• اضافه کردن یک برج اولیه _ یک ویژگی اولیه نازل در Ultimaker Cura

اندازه نازل کوچکتر چگونه کمک می‌کند؟

2 ویژگی فیزیکی وجود دارد که جزئیات قابل چاپ را تحت تأثیر قرار می‌دهد: حداقل ارتفاع لایه (محور Z) و حداقل ضخامت دیواره (محورهای X و Y). هرچه نازل کوچکتر باشد، جزئیات قابل چاپ در جهات X و Y دقیق‌تر خواهد بود.

کاهش سرعت چاپ به هر لایه برای خنک شدن و تنظیم قبل از چاپ لایه بعدی زمان بیشتری می دهد و باعث می شود ویژگی ها دقیق تر شوند. شما می توانید تنظیمات سرعت چاپ را در نرم افزار آماده سازی چاپ خود مانند Ultimaker Cura تنظیم کنید.

اگر چاپ در اکستروژن دوگانه انجام می شود، می توانید هنگام تهیه چاپ در Ultimaker Cura، چاپ یک برج اولیه را انتخاب کنید. این یک برج اضافی است که آماده سازی صحیح نازل را قبل از چاپ لایه بعدی تضمین می کند. این برج تراوش و اکستروژن کم را کاهش داده و کیفیت کلی چاپ را ارتقا می دهد.

یک مدل چاپ شده دقیق با نازل 0.25 mm. ابعاد مدل: 165*107*40 mm

5. بررسی تحمل ابعادی و دقت

پلیمرهای پلاستیکی با گرم شدن کوچک می شوند و سپس سرد می شوند. در طراحی برای پرینت سه بعدی FDM، هنگامی که دقت بالای ابعاد مهم است توصیه کردیم که آزمایشات چاپ را از قبل انجام دهید. با این کار می توانید سطح واریانس را تعیین کنید. یکی از روش های انجام این کار، اندازه گیری چاپ آزمایشی با کولیس و مقایسه این ابعاد با طرح اصلی شما است.

می‌توان چاپ‌های آزمایشی را با توجه به ابعاد اصلی طراحی اندازه‌گیری کرد.

6. راهکارهایی برای افزایش سرعت چاپ در طراحی برای پرینت سه بعدی FDM

برای طراحی در چاپ سه بعدی FFF، هنگامی که به چاپ سریع نیاز دارید، چند شیوه برای بالا بردن سرعت این پروسه، مانند انتخاب یک نازل بزرگتر، وجود دارد.

کاهش ضخامت قسمت زیرین و دیواره های چاپ نیز می تواند در زمان صرفه جویی کند، زیرا این ها اغلب دارای بزرگترین مساحت سطح هستند. اگر در حال چاپ یک پیش نویس یا نمونه اولیه سفت هستید، نیازی به چاپ دیواره های ضخیم نیست.

نرم افزار Ultimaker Cura مدت زمان مورد انتظار برای هر چاپ را به شما نشان می‌دهد، بنابراین می توانید از این برای آزمایش تغییرات خود قبل از چاپ استفاده کنید. همچنین می توانید از طریق کاهش تراکم پر کننده، مقدار مواد چاپی خود را در Ultimaker Cura کم کنید.

7. استفاده از طراحی مدولار

ترکیب پرینت سه بعدی FFF با طراحی مدولار به شما امکان می دهد تا کارهای بیشتری با چاپگرهای 3 بُعدی خود انجام دهید. مونتاژ چندین قطعه به این معنا است که شما هیچ محدودیتی از طرف حجم ساخت چاپگر خود ندارید. چاپ در چندین چاپگر حتی سریع تر است و تکرارهای بیشتری را طراحی شما ممکن می سازد.

ایجاد یک طرح مدولار از قطعات چاپ شده 3 بُعدی چندگانه دارای مزایای دیگری نیز می باشد. اگر بخشی از یک ابزار در معرض فرسودگی است و به طور مرتب نیاز به تعویض دارد، شما باید تنها آن قسمت را تعویض کنید نه کل ابزار و نیازی به حفظ موجودی آن ندارید_ تنها در صورت نیاز آن را چاپ کنید. شما همچنین می توانید مواد مختلفی را با خصوصیات مختلف ترکیب کنید تا محصول پیچیده تری بسازید.

Volkswagen Autoeuropa: نمونه کاربردی از تاثیر طراحی درست در پرینت سه بعدی FDM 

Volkswagen Autoeuropa با طراحی ابزارهای چاپ 3 بُعدی، جیگ ها و لوازم مخصوص خط مونتاژ، عملکرد زمان چرخه، نیروی کار و نیاز به دوباره کاری را کاهش داد_ همزمان با ارتقای ارگونومی ابزار و با یک دهم هزینه معمول این شرکت تخمین زد که در نخستین سال معرفی چاپگرهای Ultimaker Cura توانسته است 325000 یورو پس انداز کند.

محافظ چرخ

در هنگام مونتاژ برای جلوگیری از آسیب، کاهش هزینه‌های اوراق استفاده شد.

نشان لیفتگیت

از قرارگیری صحیح نمادهای مدل اتومبیل، به طور مکرر و کارآمد، اطمینان می دهد

عیب‌یابی و بهینه‌سازی در پرینت سه‌بعدی FFF/FDM

1. عیب‌یابی مشکلات پرینت

پرینت سه‌بعدی به روش FFF/FDM با چالش‌ها و مشکلاتی همراه است که ممکن است بر کیفیت نهایی قطعه تأثیر بگذارد. در اینجا به برخی از مشکلات رایج و روش‌های حل آنها پرداخته می‌شود:

مشکل عدم چسبندگی لایه اول به بستر چاپ در پرینت سه بعدی FDM/FFF:

• • علت: تراز نبودن بستر، دمای پایین بستر، یا ارتفاع نازل خیلی بالا.
    راه‌حل: تراز کردن بستر چاپ (Bed Leveling)، افزایش دمای بستر، تنظیم ارتفاع نازل نزدیک‌تر به بستر.

حل مشکل خطوط نامرتب و جابجایی لایه‌ها در پرینت سه بعدی FFF/FDM:

• • علت: سرعت پرینت بالا، شل بودن تسمه‌ها، یا عدم تثبیت بستر.
    راه‌حل: کاهش سرعت پرینت، سفت کردن تسمه‌ها، اطمینان از تثبیت کامل بستر.

راه حل مشکل ایجاد ترک یا لایه‌های جدا شده در پرینت سه بعدی FFF/FDM:

• • علت: دمای محیط پایین، کاهش دمای نازل یا استفاده از مواد حساس به دما مانند ABS.
    راه‌حل: افزایش دمای محیط، استفاده از بستر گرم و محفظه بسته، بهینه‌سازی دمای نازل.

رفع مشکل پیچ خوردگی یا گیر کردن فیلامنت در پرینت سه بعدی FFF/FDM:

• • علت: کیفیت پایین فیلامنت، نگهداری نادرست از فیلامنت، یا استفاده از نازل مسدود شده.
    راه‌حل: تعویض فیلامنت با کیفیت بهتر، نگهداری صحیح فیلامنت (مثلاً در محیط خشک)، تمیز کردن یا تعویض نازل.

مشکل جریان ناکافی یا اضافی فیلامنت (Under/Over-extrusion):

• • علت: تنظیمات نادرست قطر نازل، کالیبراسیون نادرست اکسترودر، یا فیلامنت با قطر نامناسب.
    راه‌حل: کالیبراسیون مجدد اکسترودر، تنظیم قطر صحیح نازل در نرم‌افزار Slicer، استفاده از فیلامنت با کیفیت و قطر دقیق.

2. بهینه‌سازی فرآیند پرینت سه بعدی FFF/FDM

برای بهبود کیفیت پرینت و کاهش مشکلات احتمالی، می‌توان تنظیمات مختلفی را در نرم‌افزار Slicer و دستگاه پرینت بهینه کرد:

سرعت پرینت: کاهش سرعت پرینت می‌تواند دقت بالاتری در جزئیات فراهم کند، هرچند زمان پرینت را افزایش می‌دهد.
تراکم پرکننده (Infill Density): تراکم پرکننده بسته به نیاز، می‌تواند بین 10% تا 100% تنظیم شود. برای قطعات مستحکم، تراکم بالا و برای نمونه‌های سریع، تراکم کم‌تر پیشنهاد می‌شود.
ارتفاع لایه (Layer Height): برای جزئیات دقیق، ارتفاع لایه کمتر (مثلاً 0.1 میلی‌متر) انتخاب می‌شود. این کار باعث افزایش کیفیت و زمان پرینت می‌شود.
الگوی پشتیبانی (Support Pattern): انتخاب الگوی مناسب برای پشتیبان‌ها می‌تواند میزان مواد مصرفی را کاهش داده و همچنین حذف آن‌ها را آسان‌تر کند.

پس‌پردازش (Post-processing) در پرینت سه‌بعدی FFF/FDM

1. حذف ساپورت‌ها
پس از اتمام پرینت، باید ساپورت‌های اضافی را حذف کرد. این کار معمولاً با استفاده از ابزارهای دستی مانند انبردست، تیغ یا سوهان انجام می‌شود. دقت کنید که به سطح قطعه آسیب نرسانید.

برای اطلاعات بیشتر درباره ساپورت گذاری در پرینت سه بعدی ما این مقاله را به شما پیشنهاد میکنیم.

2. سنباده‌زنی (Sanding)
برای از بین بردن ناصافی‌ها و لبه‌های زبر، می‌توان از سنباده با دانه‌بندی‌های مختلف استفاده کرد. ابتدا با سنباده درشت شروع کرده و به تدریج به سمت سنباده‌های ریزتر بروید تا سطح صاف‌تری بدست آورید.

3. آبکاری و پرداخت نهایی
در صورت استفاده از مواد پلاستیکی مانند PLA و ABS، می‌توان از روش‌های شیمیایی مانند استفاده از بخار استون برای پرداخت نهایی و ایجاد سطح صاف‌تر استفاده کرد. این روش خصوصاً برای قطعات ABS کاربرد دارد.

4. رنگ‌آمیزی و پوشش‌دهی
پس از آماده‌سازی سطح، می‌توانید قطعات را رنگ‌آمیزی کنید. ابتدا از پرایمر استفاده کنید تا سطح یکنواختی برای رنگ‌آمیزی ایجاد شود. سپس با استفاده از رنگ اسپری یا قلم‌مو، رنگ‌آمیزی را انجام دهید. در صورت نیاز می‌توانید از پوشش‌های محافظ نهایی برای افزایش دوام استفاده کنید.

جمع بندی

در پایان این مقاله، وقت آن است که نگاهی دوباره به اهمیت طراحی اصولی برای چاپ سه‌ بعدی FDM بیندازیم. همان‌طور که دیدیم، موفقیت در این فناوری تنها به داشتن یک پرینتر خوب یا تنظیمات دقیق محدود نمی‌شود؛ بلکه از همان ابتدا، از مرحله طراحی مدل، مسیر موفق یا ناموفق بودن چاپ شما مشخص می‌شود.

اگر طراحی برای پرینت سه بعدی FDM با درک درستی از محدودیت‌ها و ویژگی‌های چاپ این تکنولوژی انجام نشود، مشکلاتی مثل افتادگی در پل‌ها، کوچک شدن سوراخ‌ها، زاویه‌های آویزان و گوشه‌های نامناسب نه‌تنها ظاهر قطعه را خراب می‌کنند، بلکه گاهی باعث می‌شوند قطعه عملاً بی‌استفاده شود. در مقابل، رعایت اصول ساده اما کلیدی مانند محدود کردن طول پل‌ها، اصلاح ابعاد سوراخ‌ها، کنترل زاویه‌ها و در نظر گرفتن شعاع گوشه‌ها، می‌تواند کیفیت چاپ را چندین برابر بهتر کند؛ بدون نیاز به هزینه بیشتر یا اصلاحات بعدی سنگین.

بنابراین، طراحی برای پرینت سه‌ بعدی FDM یک مهارت ضروری و نه‌چندان پیچیده است که مستقیماً در وقت، هزینه و نتیجه نهایی شما تأثیر می‌گذارد. اگر به‌دنبال قطعه‌ای دقیق، مقاوم و با کیفیت هستید، بهتر است طراحی را همان‌قدر جدی بگیرید که انتخاب دستگاه یا تنظیمات چاپ را.

در نهایت، اگر در مسیر طراحی یا انتخاب فناوری مناسب برای پروژه‌تان سر در گم هستید شاید استفاده از خدمات پرینت سه بعدی انتخاب بهینه‌تری برای شما باشد. برای استفاده از انواع خدمات پرینت سه بعدی ماداتکنولوژی با کارشناسان ما در ارتباط باشید.