پرینت سه بعدی تجربهای سریع، خلاقانه و کاربردی است، اما در عین حال بیشتر به هنر شباهت دارد تا یک علم دقیق. خطاهای متعدد هنگام پرینت امری رایج هستند و معمولاً قطعه در تلاش اول با نتیجه دلخواه تولید نمیشود. در میان تمام ایراداتی که ممکن است حین پرینت رخ دهند، پیچخوردگی یا تاببرداشتگی قطعه یکی از متداولترین مشکلاتی است که میتواند زمان و مواد مصرفی را هدر دهد و بسیاری از پروژهها را به تعویق بیندازد.
پیچخوردگی (Warping) در پرینت سه بعدی
در این مقاله، به بررسی علل ایجاد پیچخوردگی و همچنین روشهای پیشگیری از آن پرداخته میشود تا کاربرانی که از این مشکل رنج میبرند بتوانند با راهکارهایی عملی از تکرار آن در پروژههای آینده جلوگیری کنند. علاوه بر این، اشتباهات رایجی که باید از آنها اجتناب کرد نیز معرفی خواهند شد.
پیچخوردگی در پرینت سه بعدی چیست؟
هنگامی که قطعه نهایی از شکل اولیه یا طراحیشده خارج شود، اصطلاحاً دچار «پیچخوردگی» شده است. این پدیده ممکن است در تمامی فناوریهای پرینت سه بعدی رخ دهد، اما تمرکز این مطلب بر پرینت سه بعدی به روش FDM (مدلسازی با رسوب مذاب) و پرینترهای اکسترودری مشابه است؛ چرا که این نوع پرینترها از متریالهایی مانند فیلامنت PLA، فیلامنت PETG، فیلامنت PP و فیلامنت ABS استفاده میکنند که نسبت به تاببرداشتگی حساستر هستند.
پیچخوردگی میتواند در هر مرحلهای از فرآیند پرینت اتفاق بیفتد و باعث افت کیفیت نهایی قطعه شود. نکته آزاردهنده این پدیده این است که معمولاً علائم آن پس از سرد شدن قطعه نمایان میشود، یعنی زمانی که دیگر برای اصلاح آن دیر شده است.
شایان ذکر است که گاهی اوقات ظاهر ناقص یک قطعه، بهدلیل طراحی نادرست یا نبود ساپورت کافی، با پیچخوردگی اشتباه گرفته میشود. برای مثال، دهانههای بزرگ، پلهای بلند یا طراحیهای نامناسب برای پرینت ممکن است باعث ایجاد نقصهایی شوند که ظاهر آنها به پیچخوردگی شباهت دارد، اما ماهیت متفاوتی دارند.
چگونه میتوان پیچخوردگی یک قطعه را اصلاح کرد؟
متأسفانه اصلاح پیچخوردگی بهویژه در قطعاتی که نیاز به ابعاد دقیق دارند، راهکار سادهای ندارد. یکی از معدود روشهای موجود، حرارت دادن مجدد به قطعه با استفاده از سشوار صنعتی یا هیتگان و اعمال فشار برای بازگرداندن آن به شکل اولیه است. البته این روش نهتنها ریسک آسیب بیشتر به قطعه را در پی دارد، بلکه در بسیاری از موارد نتیجه مطلوبی به همراه ندارد.
در اغلب مواقع، بازطراحی و پرینت مجدد قطعه با در نظر گرفتن تدابیر پیشگیرانهای که در ادامه مطرح خواهند شد، تصمیم عاقلانهتری است. با اتخاذ اقدامات درست میتوان از بروز پیچخوردگی در پرینتهای سه بعدی جلوگیری کرد و کیفیت قطعات نهایی را به شکل محسوسی بهبود بخشید. یک مطلب کامل درباره مشکلات پرینتر سه بعدی و روش عیب یابی آنها منتشر کرده ایم که میتواند به شما اطلاعات خوبی منتقل کند. پیشنهاد میکنم مطالعه بفرمایید.
دلایل بروز پیچخوردگی در پرینت سه بعدی چیست؟
پیچخوردگی یا تاببرداشتگی در پرینت سه بعدی عوامل متعددی دارد، اما مهمترین دلیل آن به نوع متریال مورد استفاده بازمیگردد؛ یعنی ترموپلاستیکها. در فرآیند پرینت سه بعدی، مواد پلاستیکی مانند PLA، ABS، PETG یا PC به شکل رشتهای (فیلامنت) از طریق نازل داغ عبور داده شده و به صورت لایهلایه روی صفحه ساخت قرار میگیرند.
نمودار سادهای از عملکرد پرینترهای سهبعدی نوع اکسترودری. توجه کنید که چگونه فیلامنت جامد با حرارتدهی تغییر فاز داده و بهصورت لایهای پرینت میشود.
در این فرآیند، فیلامنت با عبور از نازل ( درباره نازل پرینتر سه بعدی بیشتر بدانید ↖ ) حرارت دیده، از حالت جامد به مایع تغییر فاز میدهد و پس از تزریق روی بستر، با کاهش دما مجدداً جامد میشود. یکی از ویژگیهای مثبت ترموپلاستیکها آن است که طی چندین چرخه ذوب و انجماد خواص مکانیکی خود را حفظ میکنند. با این حال، آنها در برابر انبساط و انقباض حرارتی واکنش نشان میدهند. به عنوان نمونه، ABS هنگام سرد شدن از دمای حدود ۲۳۰ درجه سانتیگراد تا دمای محیط، ممکن است تا ۱.۵٪ جمع شود. این انقباض نابرابر میان لایهها منجر به ایجاد تنش داخلی و در نهایت پیچخوردگی میشود.
معمولاً این پدیده از بخش زیرین قطعه آغاز میگردد؛ زیرا لایههای پایینی زمان بیشتری برای سرد شدن دارند و تأثیر انقباض لایههای بعدی را بیشتر متحمل میشوند. بهویژه در مرز تماس اولین لایه با صفحه پرینت، چون لایه اول به بستر چسبیده و امکان جمع شدن ندارد، بیشترین نیروی کششی از لایه بالایی را متحمل شده و همین مسئله باعث بلند شدن لبهها یا خمشدگی آن ناحیه میشود. این مشکل با بزرگتر شدن ابعاد قطعه تشدید خواهد شد؛ چرا که لایههای عریضتر نیروی انقباض بیشتری تولید میکنند.
نمودار سادهای که نشان میدهد چگونه انقباض در لایهها منجر به پیچخوردگی قطعه میشود.
عامل دیگری که میتواند باعث پیچخوردگی شود، تغییر شکل خود صفحه پرینت در اثر چسبندگی زیاد لایه اول است. در این حالت، لایه اول آنچنان محکم به بستر میچسبد که بهجای جدا شدن، صفحه را کمی به سمت بالا میکشد. این اتفاق بیشتر در صفحات فلزی انعطافپذیر (مانند صفحات فنری) رخ میدهد و در پرینتهایی که از صفحه پرینت شیشهای یا مواد سخت استفاده میکنند کمتر مشاهده میشود ( این مطلب را مطالعه کنید: صفحه شیشه ای گرم پرینتر سه بعدی: راز پرینت های بی نقص و حرفه ای ↖ همچنین، تراز نبودن صفحه پرینت نیز یکی از علل رایج پیچخوردگی است. اگر نازل در فاصله مناسبی از صفحه قرار نداشته باشد، لایه اول بهدرستی به بستر نمیچسبد و در ادامه احتمال تابخوردگی افزایش مییابد.
چگونه از پیچخوردگی یا جدا شدن لایهها در پرینت سه بعدی جلوگیری کنیم؟
خبر خوب این است که با اجرای برخی اقدامات پیشگیرانه میتوان احتمال بروز پیچخوردگی را بهطور قابل توجهی کاهش داد.
در ادامه، مجموعهای از روشهای موثر برای جلوگیری از تاببرداشتگی در پرینت سه بعدی ارائه شده است. استفاده همزمان از چند مورد از این راهکارها، شانس موفقیت شما را در دستیابی به قطعهای بدون نقص افزایش خواهد داد.
کنترل دما
یکی از مؤثرترین راهکارها برای کاهش پدیده پیچخوردگی در پرینت سه بعدی، کنترل دقیق دما در طول فرآیند پرینت است. سادهترین ابزار برای این منظور، استفاده از صفحه ساخت حرارتدهیشده (heated bed) است. این صفحه به کمک تنظیم دمای مناسب، بستر زیر قطعه را در دمایی نگه میدارد که کمی پایینتر از دمای گذار شیشهای (glass transition temperature) ماده مصرفی باشد، اما هنوز به اندازهای گرم است که از سرد شدن ناگهانی جلوگیری کند. به این ترتیب، اختلاف دمای میان لایهها کاهش یافته و چسبندگی به بستر بهبود مییابد.
برای نمونه، در پرینت با PLA معمولاً دمای ۶۰ درجه سانتیگراد کافی است، در حالی که ABS به دماهای بالاتری مانند ۸۰ تا ۹۰ درجه نیاز دارد. این مقادیر ممکن است بسته به مشخصات پرینتر، اندازه نازل و برند فیلامنت متفاوت باشند.
روش دیگر برای تثبیت دما، استفاده از محفظه بسته (enclosure) پیرامون پرینتر است. این فضا با جلوگیری از ورود جریانهای هوای سرد و حفظ گرمای داخل دستگاه، شرایط پایدارتری برای پرینت فراهم میکند. اطلاعات دقیق تر را میتوانید در صفحه اهمیت گرم کردن فعال اتاقک پرینت ↖ مطالعه کنید.
اتاقک پرینت در پرینتر سه بعدی 3dparsi
برخی پرینترها بهصورت پیشفرض دارای محفظه هستند، اما در صورت نبود آن میتوان از جعبههای ذخیرهسازی، چادرهای عکاسی، محفظههای آماده یا حتی نمونههای ساختِ دستساز با ورقهای پلکسی یا فوم استفاده کرد.
گزینهای دیگر و مقرونبهصرفهتر، استفاده از «دیوار محافظ باد» (draft shield) است. این محافظ بهصورت دیواری نازک و همزمان با قطعه اصلی پرینت میشود و مانع از برخورد جریانهای هوا به قطعه در حال پرینت میگردد.
در نهایت، میتوان دمای محیط اطراف پرینتر را نیز در نظر گرفت. برای کنترل این متغیر، بستن در و پنجرههای محل پرینت یا قرار دادن دستگاه در نزدیکی یک منبع گرمایی (مانند رادیاتور، لولههای گرمایی یا رایانهها) مؤثر است. فقط باید توجه داشت که گرمای بیشازحد ممکن است آسیبزننده باشد. ضمناً اگر مشکل داغ شدن پرینتر سه بعدی دارید توصیه میکنم ۱۰ روش برای جلوگیری از گرما و داغ شدن اضافی پرینتر سه بعدی ↖ را مطالعه کنید.
استفاده از چسبها
کاربرد چسبهای مختلف روی صفحه ساخت، یکی از سادهترین و در عین حال مؤثرترین راهها برای جلوگیری از تاببرداشتگی است. نوع چسب مناسب بستگی به متریال مورد استفاده دارد، اما گزینههای متداول عبارتاند از: اسپری مو، چسب ماتیکی PVA، نوار نقاشی آبی، چسبهای پلیمری یا نوارهای مخصوص سطح پرینت.
تنظیمات مدل و نرمافزار اسلایسر
بخش دیگری از کنترل پیچخوردگی، به تنظیمات مدل و نرمافزار برش (Slicer) مربوط میشود. ضخیمتر کردن لایههای ابتدایی باعث افزایش چسبندگی به صفحه و کاهش احتمال انحراف میشود. همچنین کاهش سرعت پرینت و پایین آوردن دمای نازل در مراحل آغازین میتواند اختلاف دمای بین لایهها را کاهش دهد و در نتیجه از تاب برداشتن جلوگیری کند، هرچند که این اقدام زمان پرینت را افزایش خواهد داد. مطالب آموزشی تنظیمات پرینت را که با برنامه Cura توضیح داده شده را در صفحه آموزش چاپ سه بعدی با نرم افزار کیورا میتوانید مطالعه کنید. این صفحه شامل ویدیو های آموزشی هم میباشد.
افزودن عناصر کمکی به مدل نیز بسیار مفید است:
- Skirt (اسکرت): خطوطی که اطراف مدل پرینت میشوند، بدون تماس با آن. هدف آن آمادهسازی جریان مواد از نازل پیش از شروع پرینت است.
- Brim (بریِم): چندین لایه نازک که به لبههای پایین قطعه متصل میشوند و موجب افزایش چسبندگی پایه به صفحه ساخت میگردند.
- Raft (رفت): لایهای ضخیم زیر قطعه پرینت میشود که نقش پایهای برای قطعه ایفا کرده و از مشکلات در لایه اول جلوگیری میکند.
- Mouse Ears (گوش موشی): لایههای نازک دایرهای در گوشههای قطعه هستند که فشار ناشی از انقباض را کاهش میدهند. این روش نسبت به Raft یا Brim به مواد کمتری نیاز دارد و عملکردی هدفمندتر دارد.
در نهایت، تنظیم میزان چگالی پرشدگی (infill) نیز اهمیت دارد. پرشدگیهای متراکمتر ممکن است نیروی کششی بیشتری ایجاد کرده و خطر پیچخوردگی را افزایش دهند.
نگهداری و کالیبراسیون دستگاه
آخرین مرحله برای جلوگیری از پیچخوردگی، نگهداری صحیح پرینتر و انجام تنظیمات اولیه مناسب است. پیش از هر پرینت، سطح صفحه ساخت را با دستمال میکروفایبر و محلولهای حاوی الکل یا پاککنندههای آمونیاکی تمیز کنید تا هرگونه چسب یا ذرات باقیمانده از پرینت های قبلی از بین برود. مطلب تعمیر و نگهداری هات اند پرینتر سه بعدی ↖ که درباره نگهداری از قطعه ای بسیار مهم در پرینترهای سه بعدی یعنی HotEnd هست، راه حل بسیاری از مشکلات پرینت سه بعدی میباشد. پس توصیه میکنم مطالعه نمایید.
سرعت فن را نیز بررسی کنید؛ فن خنککننده نباید در لایههای ابتدایی یا در پرینت با فیلامنتهای دمای بالا با سرعت زیاد کار کند، زیرا این امر باعث سرد شدن سریع و تاب برداشتن قطعه میشود. همچنین از تراز بودن صفحه و سالم بودن سطح آن اطمینان حاصل کنید. برخی پرینترهای جدید دارای حسگرهای خودتنظیم هستند که فرآیند تراز کردن را بسیار سادهتر میکنند. اگر با رعایت نکات عمومی، همچنان مشکل پیچخوردگی پابرجا بود، راه حل این مشکل را در صفحه روش کالیبره کردن پرینتر سه بعدی ↖ پیدا کنید.
جمعبندی
در این مطلب، به ماهیت پدیده پیچخوردگی در پرینت سه بعدی و روشهای پیشگیری از آن پرداخته شد. رعایت نکات بیانشده میتواند کیفیت نهایی قطعات را افزایش داده و روند ساخت را بدون دردسرتر سازد.
ممنون که تا اینجا همراه 3d parsi بودی. اگه درباره پرینت سه بعدی سوالی داشتی میتونی از کارشناس ما مشاوره بگیری. شماره تماس با کارشناس 3d پارسی: ۰۲۱۹۱۰۳۵۷۵۳
