آناتومی پرینتر سه بعدی

آناتومی پرینتر سه بعدی چگونه کار می کند؟

در این مقاله با این مساله آشنا می شویم که یک آناتومی پرینتر سه بعدی چگونه کار می کند و آناتومی پرینتر سه بعدی از چه قسمتهایی تشکیل شده است؟ بیشتر تمرکز این مقاله در مورد قسمتهای مکانیکی و الکترونیکی متداولترین نوع آناتومی پرینتر سه بعدی و یا همان پرینترهای سه بعدی با تکنولوژی FDM  و FFF است.

محتوای ارائه شده در این مقاله به صورت زیر است: 

• آناتومی پرینتر سه بعدی
• صفحه ساخت و یا میز کار پرینتر سه بعدی
• صفحه ساخت
• کالیبراسیون میز کار
• فیلامنت پرینتر سه بعدی
• اکسترودر
• چرخ دنده اکسترودر
• هات اند
• هیت سینک اکسترودر
• هیتر کارتریج و یا گرم کن لوله ای
• ترمیستور
• نازل
• فن خنک کننده لایه های پرینت
• فن خنک کننده اکسترودر
• فن خنک کننده مادربرد
• سیستم حرکتی
• میکروسوئیچ و یا اند استاپ
• لید اسکرو
• تسمه تایم
• پولی تسمه تایم
• استپر موتورها
• درایور استپرموتور
• بدنه پرینتر سه بعدی
• محفظه دور پرینتر سه بعدی
• منبع تغذیه
• مادربرد و کنترلر
• درگاه ورودی
• نمایشگر و رابط کاربری

آناتومی پرینتر سه بعدی صفحه ساخت و یا میز کار پرینتر سه بعدی

صفحه ساخت دستگاه های پرینتر سه بعدی هر سطح صافی را می تواند شامل شود که مدل دلخواه شما روی آن پرینت می شود. به طور معمول جنس صفحه ساخت و یا صفحه پرینت که به آن میز کار نیز گفته می شود از شیشه، فلز یا صفحات پی سی بی است که در برخی از پرینترهای سه بعدی این صفحه ها مجهز به گرم کن نیز هستند تا بتوان فیلامنتهای خاص را با آن پرینت نمود.

اکثر صفحه های ساخت پرینتر سه بعدی به منظور جلوگیری از تاب خوردن مدل در هنگام پرینت و همچنین افزایش چسبندگی مدل به میز کار نیاز به گرم شدن دارند. معمولا پلاستیک تزریق شده پس از خنک شدن به دلیل انقباض، اندکی کوچکتر می شود. این باعث می شود که لبه های مدل در حال پرینت به سمت بالا تاب برداشته و مدل از روی صفحه ساخت جدا شود. برای جلوگیری از این امر، صفحه ساخت را با استفاده از گرم کن های خاص گرم می کنند.

صفحه ساخت هایی که بستر گرم شونده ندارند قادر به چاپ تمامی انواع فیلامنتها نیستند و در واقع محدودیت چاپ دارند. فیلامنت هایی نظیر PLA وPET  کمتر مستعد تاب برداشتن هستند و بنابراین برای چاپ نیازی به بستر گرم ندارند.

آناتومی پرینتر سه بعدی : صفحه ساخت 

صفحه ساخت که روی میز کار پرینتر سه بعدی قرار می گیرد به فیلامنت کمک می کند تا هنگام پرینت به راحتی به میز کار بچسبد و هم چنین پس از پایان پرینت به راحتی از سطح آن کنده شود. انواع مختلفی از سطوح صاف وجود دارد. اکثر پرینترهای سه بعدی از سطوحی استفاده می کنند که تقریبا برای تمامی مواد مناسب باشد مانند BuildTak و یا PEI. با این حال برای دستیابی به بهترین نتیجه می توانید بسته به نوع مواد از سطوح مختلفی استفاده کنید.

آناتومی پرینتر سه بعدی : کالیبراسیون میز کار

بسیاری از پرینترهای سه بعدی سیستمی دارند که به طور خودکار فاصله نوک نازل تا میز کار را تزار می کنند. اما پرینترهای سه بعدی ارزان قیمت مجهز به این سیستم نیستند و بایستی با دست کالیبره شوند. در سیستم کالیبراسیون اتوماتیک فاصله نازل تا میز کار به صورت اتوماتیک اندازه گیری شده و در کدهای پرینت اعمال می شود.

آناتومی پرینتر سه بعدی : فیلامنت پرینتر سه بعدی

فیلامنتها در واقع مواد ترموپلاستیکی هستند که به صورت رشته های باریک با سطح مقطع دایره در آمده اند و معمولاً در قطرهای 1.75 و 3 میلی متر و در رولهای نیم کیلویی و یا یک کیلویی به بازار ارائه می شوند. فیلامنتها مواد مصرفی پرینتر سه بعدی هستند. انواع مختلفی از فیلامنتها وجود دارند که کاربران بسته به نیاز خود می توانند از آنها استفاده نمایند.

آناتومی پرینتر سه بعدی : اکسترودر

اکسترودر قسمت اصلی پرینترهای سه بعدی است. در واقع اکسترودر جایی است که پلاستیک داخل آن ذوب شده و سپس تزریق می شود. در واقع آن یک تفنگ چسب حرارتی است. این قطعه اگر چه کوچک است اما عملیات اصلی پرینت در داخل آن انجام می شود. اکسترودر از دو قسمت تشکیل شده است. یک قسمت برای ورود فیلامنت و هدایت آن به سمت نازل داغ و قسمت دیگر برای ذوب فیلامنت و خروج آن از نازل که به آن هات اند گفته می شود.

در پرینترهای سه بعدی که از اکسترودر مستقیم استفاده می کنند تمام قطعات اکسترودر مانند قسمت ورودی فیلامنت و خروجی آن در یک مجموعه قرار گرفته و به همین دلیل می توان گفت فشار بیشتری بر روی قسمت متحرک دستگاه پرینتر سه بعدی وارد می شود. این افزایش وزن در قسمت متحرک دستگاه می تواند بر سرعت پرینت تاثیر گذار باشد.

در اکسترودر بوئدن قسمت ورودی مواد و خروجی از هم جدا بوده و توسط یک لوله که معمولا از جنس تفلون است به همدیگر متصل می شوند. قسمت ورودی فیلامنت در جایی به دور از سیستم حرکتی قرار میگیرد و فیلامنت از طریق یک لوله به قسمت خروجی و یا هات اند منتقل شده و بعد از ذوب شدن تزریق می شود. استفاده از اکسترودر بوئدن دارای مزایا و معایبی است که اصلی ترین مزیت آن کاهش وزن قسمت متحرک دستگاه و افزایش سرعت پرینت سه بعدی است.

 

آناتومی پرینتر سه بعدی : چرخ دنده اکسترودر

 وظیفه چرخدنده اکسترودر، گرفتن فیلامنت و هل دادن آن به سمت هات اند جهت ذوب و تزریق فیلامنت است. این قطعه به مرور زمان دچار فرسودگی و یا گرفتگی می شود و حتما باید تعویض و یا تمیز گردد. چرخدنده اکسترودر معمولاً همراه با یک عدد بلبرینگ همراه است که به کمک این بلبرینگ می توان قدرت گرفتن فیلامنت توسط چرخدنده را تنظیم نمود. کم و یا زیاد بودن میزان نیروی اعمال شده به فیلامنت از طریق بلبرینگ و چرخدنده می تواند تاثیر زیادی بر کیفیت پرینت سه بعدی داشته باشد.

آناتومی پرینتر سه بعدی : هات اند

هات اند در اصل از چندین قطعه شامل بلوک حرارتی، هیتر، هیت سینک، فن خنک کننده ترمیستور، لوله نازل و نازل تشکیل شده است و کار آن هدایت فیلامنت به سمت نازل، گرم کردن آن و ذوب کردن فیلامنت است. لازم به ذکر است که این قطعه جزء مواد مصرفی پرینتر سه بعدی به حساب می آید.

آناتومی پرینتر سه بعدی : هیت سینک اکسترودر

هیت سینک اکسترودر در پرینتر سه بعدی باعث می شود تا فیلامنت قبل از رسیدن به نازل ذوب نشود. نرم شدن و یا ذوب شدن فیلامنت قبل از نازل می تواند باعث گرفتگی هات اند و یا اکسترودر شود.

آناتومی پرینتر سه بعدی : هیتر کارتریج و یا گرم کن لوله ای

هیتر کارتریج یکی از قطعات اکسترودر و یا هات اند است که وظیفه آن گرم کردن بلوک حرارتی اکسترودر و ذوب فیلامنت است. تمامی پرینترهای سه بعدی از هیتر کارتریج استفاده می کنند. این قطعه در دو نوع 12 ولت و 24 ولت و توان 40 وات عرضه می شود.

 

آناتومی پرینتر سه بعدی : ترمیستور

ترمیستورها اساسا،ً سنسورهای سنجش دما هستند و می توان گفت که متداول ترین نوع سنسور دمای پرینتر سه بعدی از نوع ترمیستور NTC100K است. وظیفه ترمیستور در پرینتر سه بعدی این است که دما را در مقدار تنظیم شده ثابت نگهدارد.

آناتومی پرینتر سه بعدی : نازل

نازل قطعه مکانیکی در اکسترودر پرینتر سه بعدی و یا هات اند است که فیلامنت ذوب شده از طریق آن بر روی صفحه ساخت تزریق می شود. نازلها در اندازه ها و جنس های مختلفی تولید و عرضه می شوند. متداولترین قطر نازل مورد استفاده در پرینتر سه بعدی نازل برنجی با قطر نازل 0.4 میلیمتر است. در صورتی که قصد پرینت سه بعدی قطعه با جزئیات زیاد را دارید می توانید از نازلهایی با قطر کوچکتر مانند 0.2 میلیمتر نیز استفاده کنید. همچنین در مورد مدلهای بزرگ، می توانید با استفاده از نازل با قطرهای بزرگتر، زمان پرینت را کاهش دهید.

آناتومی پرینتر سه بعدی : فن خنک کننده لایه های پرینت

فن خنک کننده لایه های پرینت، لایه های پرینت شده در طول پروسه پرینت را سریع خنک نموده و بدین ترتیب باعث افزایش کیفیت پرینت سه بعدی می بشود. خنک کردن لایه های پرینت در فیلامنتهای مختلف متفاوت است و در هنگام استفاده از آن باید به دستورالعمل مربوطه توجه شود در غیر اینصورت احتمال خراب شدن پرینت سه بعدی زیاد خواهد بود.

آناتومی پرینتر سه بعدی : فن خنک کننده اکسترودر

فن خنک کننده اکسترودر معمولاً به همراه هیت سینک بر روی اکسترودر و یا هات اند دستگاه نصب می شود و وظیفه آن خنک کردن فیلامنت و جلوگیری از انتقال حرارت بلوک حرارتی به فیلامنت قبل از واد شده به لوله نازل است. معمولاً از فنهای 12 ولت در اندازه 30*30 میلیمتر و یا 40*40 میلیمتر جهت این کار استفاده می شود.

آناتومی پرینتر سه بعدی : فن خنک کننده مادربرد

فن خنک کننده مادربرد وظیفه خنک کردن مادربرد دستگاه پرینتر سه بعدی را دارد. تمامی مادربردها در طول زمان کارکرد خود به دلیل پردازش اطلاعات و یا کنترل حرکت استپر موتورها از خود حرارت تولید میکنند و این حرارت باید به طریقی از مادربرد دور شود تا مانع از سوختن ان و خراب شدن مادربرد گردد. به همین دلیل از فن های 12 ولت در سایزهای 60 در 60 میلیمتر و یا 80*80 میلیمتر جهت این کار استفاده می شود.

آناتومی پرینتر سه بعدی : سیستم حرکتی

انواعی مختلفی از سیستمهای حرکتی در پرینترهای سه بعدی شامل سیستم حرکتی دلتا، کارتزین، CoreXY استفاده می شود. در پرینترهای سه بعدی با سیستم حرکتی کارتزینی، از یک استپر موتور و یا استپر موتور گیربکس دار جهت ایجاد حرکت در هر یک از محورها استفاده می شود. این سیستم ها به طور معمول دارای یک منطقه ساخت مستطیل مانند هستند.

سیستم Core XY سیستم دیگری است که مشابه سیستم کارتزینی است تنها با این تفاوت که بجای یک عدد استپر موتور از دو عدد استپر موتور و به صورت مشترک جهت حرکت طولی و یا عرضی استفاده می شود. سیستم حرکتی دلتا، سیستم دیگری است که در پرینتر سه بعدی استفاده می شود. در این سیستم از سه عدد استپر موتور جهت حرکت در هر سه راستا استفاده می شود و در این حالت منطقه پرینت دارای سطح مقطع دایره ای خواهد بود.

آناتومی پرینتر سه بعدی : میکروسوئیچ و یا اند استاپ

اند استاپ و یا میکروسوئیچ، قطعه ای الکترومکانیکی و یا در برخی موارد نوری است که در پرینترهای سه بعدی جهت تعیین موقعیت ابتدایی و انتهایی محورها استفاده می شود. در بیشتر پرینترهای سه بعدی از میکروسوئیچ های مکانیکی استفاده می شود ولی در برخی از موارد از میکروسوئیچ های نوری نیز استفاده می شود.

آناتومی پرینتر سه بعدی : لید اسکرو

از لید اسکروها معمولاً در راستای ارتفاع و یا همان محور z دستگاه های پرینتر سه بعدی استفاده می شود. در اصل، حرکت چرخشی استپر موتور، توسط لید اسکرو به حرکت خطی و یا همان حرکت رفت و برگشتی تبدیل می شود. در پرینترهای سه بعدی ارزان قیمت از لید اسکرو معمولی فولادی استفاده می شود اما در پرینترهای گران قیمت از لید اسکرو با پوشش کروم به همراه مهره های آنتی بک لش استفاده می شود که از دقت بالاتری برخوردار است. لازم به ذکر است که لید اسکرو ها دارای دندانه های کبریتی و یا مربعی شکل هستند و در قطرها و گام های مختلفی تولید و عرضه می شود.

آناتومی پرینتر سه بعدی : تسمه تایم

تسمه تامی قطعه مکانیکی دیگری است که در دستگا های زیادی از جمله پرینتر سه بعدی بکار برده می شود. معمولاً از تسمه تایم در راستاهای طولی و عرضی استفاده می شود ولی دستگاه هایی هم وجود دارند که از تسمه در راستای ارتفاع استفاده شده است.  همه چیز را حرکت می دهند. در پرینتر سه بعدی موتورهای محور X و Y با استفاده از پولی، تسمه تایم و اجزای متصل به تسمه را به حرکت در می آورند. در بعضی از پرینترها برای کنترل میزان کشش تسمه از تنظیم کنند های کشش تسمه استفاده می شود.

آناتومی پرینتر سه بعدی : پولی تسمه تایم

پولی ها در اصل به همراه تسمه تایم مورد استفاده قرار میگیرند و در واقع متصل کننده تسمه تایم به شفت ها و یا استپر موتور هستند. پولی ها معمولاً از جنس آلومینیوم هستند ولی مدلهای پلاستیکی آنها نیز موجود است. متداول ترین پولی مورد استفاده در پرینترهای سه بعدی، پولی مدل GT2 است که در اندازه ها و شکل های مختلف طراحی و تولید می شود که از بین آنها مدل 16 دندانه و 20 دندانه بسیار پر کاربرد است.

آناتومی پرینتر سه بعدی : استپر موتورها

برخلاف موتور های متداول DC که با اتصال به منبع تغذیه بطور مداوم می چرخند، استپر موتور ها بطور پله ای به چرخش در می آیند. این قابلیت به آنها این امکان را می دهد تا بتوان موقعیت آنها را کنترل نمود. در پرینتر سه بعدی معمولا  از استپر موتور های مدل نما 17 و یا  NEMA17 با 200 پله در هر دور چرخش (1.8 درجه) و یا 400 پله در هر دور چرخش (0.9 درجه) استفاده می شود.

آناتومی پرینتر سه بعدی : درایور استپرموتور

درایور استپر موتور در اصل کنترل کننده استپر موتور است و وظیفه آن کنترل چرخش استپر موتور ها است. این قطعه با دادن ولتاژ به طور متوالی به سیم پیچ های موتور باعث حرکت پله ای آن می شود.مادربرد های زیادی از درایور های On-board استفاده می کنند ولی بعضی از مادربرد ها قابلیت نصب درایور اکسترنال را دارند.

درایورها علاوه بر دادن ولتاژ به سیم پیچ ها می توانند استپ ها را نیز به استپ های ریزتر تقسیم کنند. به این کار میکرواستپینگ گفته می شود و سبب کنترل دقیق تر حرکت استپر موتور در پرینتر سه بعدی می شود. درایور ها همچنین می توانند میزان جریان الکتریکی در سیم پیچ های موتور را نیز کنترل کنند. با افزایش جریان، قدرت موتور بالا میرود اما حرارت سیم پیچ ها نیز بیشتر شده و دمای موتور بالا می رود.

آناتومی پرینتر سه بعدی : بدنه پرینتر سه بعدی

بدنه همه قطعات را در کنار یکدیگر نگه میدارد. در پرینتر های سه بعدی اولیه از بدنه های چوبی استفاده می شد. اما پرینتر های سه بعدی نسل جدید از بدنه هایی با جنس های ورق های فلزی، پروفیل های آلومینیومی یا پلاستیکی ساخته می شوند. در برخی موارداز قطعات پرینت سه بعدی شده جهت ساخت بدنه پرینتر سه بعدی استفاده می شود که این موضوع در مورد دستگاه های دست ساز بیشتر دیده می شود. میزان صلبیت بدنه، تاثیر بسیار زیادی بر دقت پرینت سه بعدی دارد و در طولانی مدت کیفیت و دقت پرینت دستگاه حفظ می شود.

آناتومی پرینتر سه بعدی : محفظه دور پرینتر سه بعدی

از محفظه برای حفظ ایمنی پرینتر های سه بعدی و گرم ماندن فضای داخلی دستگاه به منظور چاپ بعضی فیلامت ها مانند ABS استفاده می شود. پرینتر دارای قطعات متحرک و المان های حرارتی است و بهتر است در محفظه پوشیده ای قرار داشته باشد تا دستگاه به طور ایمن کار کند. اگر پرینتر شما دارای محفظه نمی باشد شما می توانید برای آن محفظه ای از جنس کارتن و یا پلکسی و یا شیشه بسازید.

آناتومی پرینتر سه بعدی : منبع تغذیه

کار منبع تغذیه تامین برق مورد نیاز دستگاه جهت کارکرد است. در پرینترهای سه بعدی از منبع تغذیه های DC با ولتاژ 12 ولت و یا 24 ولت استفاده می شود. انواع مختلفی از منبع تغذیه ها در بازار موجود است که می توان از آنها استفاده نمود. یک مدل از منبع های تغذیه، منبع های تغذیه مورد استفاده در کامپیوترهای رومیزی است که می توان از آنها در پرینتر های سه بعدی استفاده کرد. این منبع تغذیه ها به دلیل دارا بودن چندین ولتاژ خروجی (3.3 , 5 , 12  ولت) بسیار کارآمد هستند. در انتخاب منبع تغذیه باید به ماکزیمم آمپر منبع تغذیه توجه کرد و می بایست متناسب با مصرف دستگاه انتخاب شود.

آناتومی پرینتر سه بعدی : مادربرد پرینتر سه بعدی

مادربرد مهمترین قسمت پرینتر سه بعدی است. این قطعه در واقع تمامی قسمتهای پرینتر سه بعدی را کنترل نموده و کدهای ایجاد شده جهت پرینت را اجرا می نماید. مادربردها شامل یک میکروکنترلر هستند که خود یک کامپیوتر کوچک به شمار می رود و تمامی مدار ها به آن ختم می شوند و فرمان حرکت موتور ها، کنترل دمای المان های حرارتی و تبادل دیتا با کامپیوتر را بر عهده دارد.

انواع مختلفی از مادربردهای پرینتر سه بعدی وجود دارد که می توان از آنها استفاده نمود. متداولترین نوع مادربرد، مادربرد 8 بیتی است. در پرینترهای سه بعدی حرفه ای از مادربردهای 32 بیتی که قدرت پردازش بسیار بالایی دارند استفاده می شود. هر چقدر قدرت پردازش مادربرد بیشتر باشد به همان اندازه کیفیت قطعه پرینت سه بعدی شده بیشتر خواهد بود.

آناتومی پرینتر سه بعدی : درگاه ورودی

معمولاً پرینتر های سه بعدی دارای درگاه ورودی از نوع اس دی کارت و یا یو اس بی هستند که به کمک آن می توان فایل پرینت سه بعدی را به پرینتر منتقل نمود. این درگاه ها این امکان را ایجاد می کند تا پرینتر سه بعدی بدون نیاز به اتصال به کامپیوتر کار کند.

آناتومی پرینتر سه بعدی : نمایشگر و رابط کاربری

بعضی از پرینترهای سه بعدی دارای صفحه نمایش و یا همان LCD هستند و می توان آنها را بدون نیاز به اتصال به کامپیوتر کنترل کرد. ال سی پرینتر سه بعدی میتواند از نوع کاراکتری سیاه و سفید و یا تمام رنگی و لمسی باشند.

جهت کسب اطلاعات بیشتر در مورد پرینترهای سه بعدی می توانید به مقالات آموزشی وب سایت مراجعه کنید و یا با کارشناسان این مجموعه تماس حاصل نمائید.