سیستم‌های حرکتی FDM: راهنمای جامع برای انتخاب و خرید پرینتر فیلامنتی

در نگاه اول، پرینتر سه‌بعدی FDM دستگاهی برای ساخت اشیا لایه‌به‌لایه به نظر می‌رسد؛ اما راز عملکرد دقیق و بی‌نقص این دستگاه، جزئیاتی است که در طراحی و ساخت آن به‌کار رفته. از جمله این جزئیات می‌توان به سیستم‌های حرکتی اشاره کرد. سیستم‌های حرکتی در پرینترهای سه‌بعدی مانند قلب تپنده دستگاه عمل کرده و نازل یا صفحه چاپ را با سرعت و دقتی خیره‌کننده به‌حرکت درمی‌آورند. جالب است بدانید تفاوت در نوع این سیستم‌ها می‌تواند کیفیت چاپ را از یک ماکت ساده به یک شاهکار ویژه تبدیل کند. اگر می‌خواهید پرینتر مناسب کار خود را انتخاب کنید، این مقاله جامع را از دست ندهید.

انواع سیستم‌های حرکتی در پرینتر سه‌بعدی FDM

سیستم‌های حرکتی FDM نقش حیاتی در تعیین موقعیت دقیق نازل برای اکسترود کردن فیلامنت دارند. پرینترهای FFF/FDM از انواع مختلفی از این سیستم‌ها استفاده می‌کنند که هر یک ویژگی‌ها و مزایای خاص خود را دارند. در ادامه، هر یک از این سیستم‌های حرکتی پرینتر سه‌بعدی فیلامنتی را معرفی و بررسی خواهیم کرد.

۱. سیستم‌های حرکتی کارتزین (Cartesian Motion Systems)

این مدل، رایج‌ترین سیستم حرکتی در پرینتر سه بعدی FDM است. در این سیستم، حرکت بر اساس سه محور X، Y و Z انجام می‌شود و هر موتور، محور مربوط به خود را کنترل می‌کند.

• مدل Prusa i3/Mendel: در این مدل، صفحه ساخت در محور Y حرکت می‌کند و هد چاپ در محورهای X و Z جابه‌جا می‌شود.
• مدل Ultimaker/Darwin: در این حالت، صفحه ساخت ثابت است یا تنها در محور Z حرکت می‌کند، در حالی که هد چاپ مسئول حرکت در محورهای X و Y است.
• حرکت مستقیم (Rectilinear Motion): حرکات در هر محور مستقل و خطی هستند و معمولاً پرینتر ظاهری مکعبی دارد.

مزایا:

• دقت و پایداری بالا: به دلیل ساختار مشخص، قطعات با دقت خوبی پرینت می‌شوند.
• سادگی طراحی و کنترل: درک و کار با آن‌ها آسان است و منابع آموزشی فراوانی برایشان وجود دارد.

معایب:

• لرزش در سرعت‌های بالا: وزن قطعات متحرک (به‌خصوص هد چاپ) ممکن است در سرعت‌های بالا باعث لرزش شود.
• سرعت چاپ محدود: به همین دلیل، سرعت چاپ ممکن است کاهش یابد.
• نیاز به تنظیم دقیق: تنظیم سرعت، شتاب و جرک (Jerk) در این سیستم‌ها بسیار اهمیت دارد.

۲. سیستم‌های CoreXY

این سیستم حرکتی FDM کمی پیشرفته‌تر است. دو موتور ثابت با یک شبکه تسمه‌ای پیچیده، حرکت نازل را در محورهای X و Y هماهنگ می‌کنند. صفحه ساخت نیز تنها در محور Z حرکت می‌کند.

مزایا:

• سرعت بالا و حرکت روان: از آنجایی که موتورها ثابت هستند و وزن کمتری جابه‌جا می‌شود، سرعت و دقت حرکت بالاتری دارد.
• کاهش ارتعاش: لرزش کمتر است و کیفیت چاپ بهبود می‌یابد.
• فضای چاپ بزرگ و طراحی جمع‌وجور: امکان ساخت پرینترهای بزرگتر با طراحی جمع‌وجورتر وجود دارد.

معایب:

• پیچیدگی تسمه‌ها: طول تسمه‌ها بیشتر است و تنظیم کشش آن‌ها دشوار است.
• مونتاژ پیچیده‌تر: قطعات مکانیکی و مونتاژ این سیستم‌ها پیچیده‌تر است.
• نیاز به برد کنترل قوی: برای مدیریت این سیستم به برد قوی‌تری نیاز است.
• احتمال خرابی چاپ بالاتر (در صورت عدم تنظیم دقیق).

۳. سیستم‌های دلتا (Delta Motion Systems)

در این پرینترها، سه بازوی بلند و عمودی به یک هد چاپ مرکزی متصل هستند. صفحه ساخت معمولاً ثابت و دایره‌ای است. بازوها به طور مستقل هد را در فضای سه‌بعدی حرکت می‌دهند.

مزایا:

• سرعت بسیار بالا: به دلیل سبک بودن هد چاپ، سرعت حرکتی فوق‌العاده‌ای دارند.
• دقت حرکتی خوب: حرکات دقیق و روان.
• امکان تولید اشیاء بلند: به دلیل طراحی عمودی.

معایب:

• کالیبراسیون و عیب‌یابی پیچیده: تنظیمات اولیه و رفع مشکلات در این سیستم حرکتی پرینتر سه بعدی FDM بسیار وقت‌گیر و دشوار است.
• رزولوشن چاپ پایین‌تر: ممکن است جزئیات بسیار ریز را به اندازه کارتزین خوب چاپ نکنند.
• محدوده سطح چاپ دایره‌ای: تنها می‌توان روی یک سطح دایره‌ای پرینت گرفت که ممکن است برای برخی پروژه‌ها محدودیت ایجاد کند.

۴. سیستم‌های پولار (Polar Motion Systems)

این سیستم شامل یک صفحه ساخت چرخان و یک هد چاپی است که به صورت دایره‌ای حرکت می‌کند. موقعیت‌یابی بر اساس زاویه و طول انجام می‌شود، نه مختصات مستقیم.

مزایا:

• استفاده بهینه از فضا: طراحی جمع‌وجوری دارد.
• مصرف انرژی و صدای کمتر: معمولاً کم‌مصرف و بی‌صدا هستند.

معایب:

• شناخت کمتر: منابع آموزشی و نرم‌افزارهای مناسب برای آن کمتر است.
• کیفیت و سرعت چاپ پایین‌تر: ممکن است کیفیت و سرعت چاپ به اندازه سایر سیستم‌ها نباشد.
• حجم ساخت محدودیت دارد.

۵. سیستم‌های SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm)

این سیستم حرکتی FDM دارای دو بازوی رباتیک موازی است که حرکات هد چاپ را در محورهای X و Y کنترل می‌کنند. همچنین، یک محور چرخشی برای کنترل جهت هد وجود دارد. حرکت محور Z معمولاً توسط صفحه ساخت انجام می‌شود.

مزایا:

• سرعت و دقت بالا: قابلیت ساخت هندسه‌های پیچیده را دارند.
• اشغال فضای کمتر و کاربردهای صنعتی: برای ساخت سازه‌های بزرگ در صنعت بسیار مناسب هستند.

معایب:

• کیفیت چاپ: ممکن است کیفیت چاپ آن به اندازه سیستم کارتزین نباشد.
• نیاز به تجهیزات بسیار دقیق و قیمت بالا.
• نرم‌افزار پیچیده.

۶. سیستم‌های H-Bot

این سیستم حرکتی پرینتر سه بعدی FDM از دو تسمه موازی برای حرکت نازل در محورهای X و Y استفاده می‌کند و صفحه ساخت در محور Z حرکت دارد.

مزایا:

• طراحی ساده و فضای چاپ بزرگ.
• قطعات سبک و قیمت مناسب.

معایب:

• نیاز به تنظیم مداوم کشش تسمه‌ها.
• احتمال پیچش و خمیدگی حرکت نازل: این مشکل می‌تواند دقت را کاهش دهد.
• مونتاژ دقیق موردنیاز است.

۷. پرینترهای با سیستم بلت (Belt Printers) یا بستر نقاله‌ای

این سیستم یکی از نوآوری‌های تازه در حوزه سیستم‌های حرکتی FDM است. در آن، به جای یک صفحه ساخت ثابت، یک نوار متحرک وجود دارد.

مزایا:

• چاپ ممتد و طولانی: می‌تواند قطعات بسیار کشیده یا مجموعه‌ای از قطعات کوچک را بدون توقف و پشت سر هم تولید کند (تقریباً بی‌نهایت در یک جهت).
• سرعت مناسب در فرآیند چاپ.
• جداسازی آسان قطعات از سطح چاپ.

معایب:

• کاهش احتمالی سرعت نهایی چاپ.
• نیاز به ساپورت‌های اضافی برای پایداری قطعات.
• دشواری در گرم کردن بستر چاپ: کار با موادی مانند ABS را دشوار می‌کند.
• فناوری در حال پیشرفت: منابع آموزشی و مستندات فنی برای آن کمتر است.

چالش‌های رایج در چاپ سه‌بعدی FDM و راهکارهای مقابله با آن‌ها

تکنولوژی FDM، با وجود مزایای فراوان، چالش‌هایی نیز دارد که دانستن آن‌ها به شما کمک می‌کند پرینت‌های بهتری داشته باشید:

• تاب برداشتن قطعات (Warping): این اتفاق به دلیل انقباض نامنظم لایه‌ها هنگام سرد شدن رخ می‌دهد.
  • راهکار: از محفظه‌های گرم، صفحات ساخت حرارت‌دیده و چسب‌های مخصوص استفاده کنید. طراحی مناسب مدل (پرهیز از گوشه‌های تیز) نیز کمک‌کننده است.
• جابه‌جایی لایه‌ها (Layer Shifting): سرعت زیاد یا شل بودن تسمه‌ها می‌تواند باعث جابه‌جایی لایه‌ها شود.
  • راهکار: نیاز به تنظیم دقیق مکانیکی پرینتر دارد.
• نیاز به ساپورت: برای قسمت‌های بیرون‌زده باید از سازه‌های پشتیبانی استفاده کرد که ممکن است کیفیت سطح را کاهش دهد.
  • راهکار: استفاده از مواد محلول برای ساپورت، کیفیت را بالا می‌برد (البته هزینه‌بر است).
• تنظیم پارامترها: تراکم داخلی و ضخامت پوسته (Shell Thickness) تأثیر مستقیمی بر استحکام و مصرف مواد دارند و باید بر اساس کاربرد قطعه تنظیم شوند.

با وجود این چالش‌ها، فناوری FDM همچنان گزینه‌ای اقتصادی و قابل اعتماد برای نمونه‌سازی سریع محسوب می‌شود، هرچند برای جزئیات بسیار دقیق، ممکن است محدودیت‌هایی داشته باشد.

سخن پایانی: انتخاب بهترین سیستم های حرکتی FDM برای شما

پرینترهای سه‌بعدی FDM از هماهنگی دقیق اجزای مکانیکی، حرارتی و سیستم‌های حرکتی تشکیل شده‌اند. از مرحله ورود فیلامنت توسط اکسترودر تا ذوب آن در هات‌اند، از حرکت نازل و صفحه ساخت در فضای سه‌بعدی تا چسبندگی لایه‌ها روی بستر گرم، همه نیازمند هماهنگی دقیق هستند.

انواع سیستم‌های حرکتی FDM مانند کارتزین، CoreXY، دلتا و…، هر یک مزایا، محدودیت‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند و انتخاب نهایی به نوع پروژه شما، بودجه‌ای که در اختیار دارید و اهداف چاپتان بستگی دارد. با درک صحیح از این ساختارها، می‌توانید بهترین گزینه را برای نیازهای خود انتخاب کرده و بازدهی، دقت و کیفیت چاپ را به حداکثر برسانید.

آیا هنوزم راجب این موضوع سؤال دارید؟ یا نمی‌دانید کدام سیستم برای کار شما مناسب است؟

حتماً در بخش نظرات بپرسید تا راهنماییتون کنیم!