بر طبق نظریات کارشناسان چاپ سه بعدی تا سال 2040 حدود 5 درصد از کل محصولات تولیدی را به خود اختصاص می دهد. براساس سازمان استاندارد بین المللی
(ASTM)، اکستروژن به فرایند چاپ سه بعدی خاصی گفته می شود که در آن مواد به طور انتخابی از طریق نازل توزیع می شوند. اکستروژن بیشتر به نام
FDM شناخته شده است و یک علامت تجاری ثبت شده توسط شرکت
Stratasys می باشد. اکستروژن ساده ترین و رایج ترین تکنیک پرینت سه بعدی است و در هر محیطی قابل استفاده می باشد.
ماده اصلی پرینتر سه بعدی،
فیلامنت است، که فیلامنت گرم می شود و هنگام چاپ ذوب می شود و به صورت لایه لایه اکسترود می شود تا قطعه سه بعدی را چاپ می کند. در حین چاپ، قطعه به صورت یکنواخت خنک می شود تا از تاب برداشتن و پیچ خوردگی قطعه در قسمت لبه ها جلوگیری شود.
این فناوری در اواخر دهه 1980 توسعه یافت و در سال 1990 به صورت تجاری در آمد.
اکستروژن در چاپ سه بعدی چیست؟
اکستروژن یک فناوری افزودنی است که برای انجام مدل سازی، برنامه های تولید و نمونه سازی اولیه مورد استفاده قرار می گیرد.
به دلیل اینکه مواد و نازل به طور مداوم در حال تغییر هستند، حرکت آنها کمی چالش برانگیز است. سیستم های اکستروژن کم هزینه معمولا از موتورهای پله ای استفاده می کنند و تسمه های محرک سیستم پلاتر را حرکت می دهند.
سیستم های اکستروژنی که گران تر هستند از درایورهای سروو و پیچ های سرب استفاده می کنند و دقت بالایی دارند و برای قطعات دقیق تر استفاده می شوند.
در زمینه
چاپ سه بعدی، اکستروژن فرایندی است که توسط آن خمیر نیمه مایعی از طریق دهانه یا قالبی فشرده می شوند تا خط استوانه ای شکلی از مواد ایجاد شود، سپس این مواد سفت می شود تا لایه بعدی روی آن قرار بگیرد. مدل های
FDM و
FFF از این تکنیک برای
پرینت سه بعدی استفاده می کنند.
اولین نسخه از FDM از یک تفنگ چسب برای اکستروژن استفاده می کرد، که این فناوری اصلاح شد.
اکستروژن می تواند طیف وسیعی از مواد مانند رشته های پلیمری، گلوله های پلیمری، گلوله و رشته های موم، دوغاب سرامیک، رشته های پودر فلز متصل به پلیمر و ... را استفاده کند.
اکستروژن مواد در چاپگر سه بعدی FDM
در پرینت سه بعدی اکستروژن به معنای هل دادن مواد آماده روی باند از طریق یک نازل گرم شده برای رسوب در لایه های متوالی است. می توان گفت هر لایه یک برش دو بعدی از یک شی 3بعدی است.
در اکثر چاپگرها یک پلیمر یا موم حرارت داده می شود و به شکل ژل در می آید و قابل چاپ می شود. گاهی اوقات ممکن است با افزودنی هایی اصلاح شوند تا خواص مطلوبی به آنها بدهد.
مواد مورد استفاده در اکستروژن
رایج ترین پلیمرها برای کار با ماشین اکستروژن
ASL،
ABS،
PLA و نایلون هستند. سرامیک ها نیز برای شکل دادن و ساخت ظروف سفالی استفاده می شوند و نازل هایی که برای این کار استفاده می شوند معمولا 10 تا 50 برابر اکسترودرهای پلاستیکی هستند.
معمولا اکستروژن مواد در نمونه سازی با
FDM استفاده می شود و این روش تولید به دلیل ارزان و در دسترس بودن، محبوب ترین گزینه است. این نمونه ها به سرعت تولید می شوند و این قابلیت را دارند که طراحان بتوانند ویژگی هایی که لازم است را آزمایش کنند.
تاریخچه اکستروژن در چاپ سه بعدی
در سال 1988 اسکات کرامپ برای اکسترود کردن با استفاده از تفنگ چسب، مخلوطی از پلی اتیلن و موم شمع را برای توسعه FDM استفاده کرد تا قورباغه اسباب بازی دخترش را بسازد. کرامپ سیستم خودکاری ایجاد کرد و در سال 1989 توانست این فناوری را ثبت کند. کرامپ در همان سال با کمک همسرش لیزا شرکت Stratasys را راه اندازی کرد.
مزایای اکستروژن
- تجهزات پرینت ساده و ارزان است و می توان پلیمرها را در دمای پایین چاپ کرد.
- اگر دستگاه به خوبی بهینه سازی شود و درست تنظیم شده باشد، می توان دوره های بسیار طولانی با آن کار کرد.
- مواد اکسترود در طیف وسیعی قابل دسترس است و می توان گفت ارزان نیز هست.
- می توان مدل هایی که بر طبق استانداردهای مکانیکی و زیبایی هستند و در طیف وسیعی از کاربردها مفید هستند، تولید کرد.
- چاپگرهای FDM نسبت به سایر پرینترها ارزان قیمت تر است.
معایب اکستروژن
- قطعاتی که با این روش ساخته می شوند نسبت به سایر روش ها 20 درصد استحکام کمتری دارند و به طور ذاتی ضعیف تر هستند.
- FDM نمی تواند با وضوح بالا در محور های X، Y و Z پرینت کند و دستگاه های گران تر بهتر و دقیق تر چاپ می کند.
- در چاپگر FDM ماده هنگام چاپ گرم است و در هنگام سرد شدن ممکن است دچار انحراف شود، در صورتیکه چاپگرهای گران تر دارای محفظه حرارتی هستند و به کاهش این اثر کمک می کنند.
- به دلیل پیوند درون لایه ضعیف، ممکن است قطعه به درستی شکل نگیرد.
تفاوت بین جت کردن و اکستروژن مواد
این دو روش از جهاتی با هم متفاوت هستند:
در فرایند اکستروژن مواد نیمه ذوب شده استفاده می شوند و حداقل وضوح نقطه ای بین 0.5 تا 1 میلی متر در قطر است. در فرایند جت از رزین مایع به اندازه نقطه و اغلب کوچکتر از 0.05 میلی متر استفاده می شود.
در اکستروژن مواد از یک نازل اپلیکاتور برای ساخت مدل استفاده می شود که باعث کاهش سرعت می شود و در فرایند جت از هدهای چاپ جوهرافشان تا عرض 100 میلی متر استفاده می شود که به طور قابل توجهی سریع تر است.
سیستم های مبتنی بر اکستروژن این مزیت را دارند که می توانند لایه های نسبتا ضخیم را ایجاد کنند.
فناوری FDM مبتنی بر اکستروژن ساده و ارزان است و تجهیزاتی که با روش جت کار می کنند ظریف تر و پیچیده تر هستند و به مراتب گران تر می باشند.
