در فرایند چاپ سه بعدی، پیکربندی اکسترودری که انتخاب می کنید می تواند تفاوت بین یک چاپ موفق و یک فرآیند آزمون و خطای خسته کننده را ایجاد کند. اکسترودرهای چاپ سه بعدی FDM اشکال مختلفی دارند، اما علیرغم تفاوت های پیچیده هر اکسترودر، تنها دو نوع مختلف آنها وجود دارد. Bowden و اکسترودرهای مستقیم دو سیستم قوی اما متمایز هستند که هر کدام دارای مزایا و چالش های منحصر به فرد خود هستند. اما چگونه بدانیم کدام را انتخاب کنیم؟ برای کشف پیچیدگی‌های انواع اکسترودر، ما نگاهی دقیق‌تر به عملکرد هر دو از نظر کیفیت چاپ، سرعت، تطبیق پذیری و موارد دیگر انداختیم.
قبل از پرداختن به تفاوت‌ها، مهم است که به این نکته توجه کنید که اکسترودر دقیقاً چیست. اکسترودر جزء حیاتی فرآیند چاپ سه بعدی FDM (Fused Deposition Modeling) است. نباید با نازل اشتباه گرفته شود زیرا اکسترودر به عنوان مکانیزمی عمل می کند که مسئول تغذیه دقیق مواد فیلامنت به هات اِند یک چاپگر سه بعدی است، جایی که مواد ذوب می شود و لایه به لایه برای ساخت مدل سه بعدی رسوب می کند. وظیفه اکسترودر حفظ جریان ثابت فیلامنت، کنترل سرعت اکستروژن و اطمینان از قرار دادن دقیق مواد مذاب بر روی بستر چاپ است. نقش آن در فرآیند چاپ، انتخاب نوع اکسترودر را به یک تصمیم مهم تبدیل می کند، زیرا مستقیماً بر عواملی مانند کیفیت چاپ، سرعت، سازگاری مواد و قابلیت های کلی سیستم چاپ سه بعدی تأثیر می گذارد.
سیسم Bowden یا اکسترودر مستقیم
اما دقیقاً تفاوت این دو چیست؟ مشخصه اکسترودر Bowden جداسازی موتور اکسترودر از هات اِند است. یک لوله PTFE (همچنین به عنوان لوله Bowden شناخته می‌شود) اجزا را به هم متصل می‌کند و امکان کاهش جرم متحرک روی کالسکه را فراهم می‌کند و موجب حرکت سریع‌تر در حین چاپ را می‌شود. این پیکربندی مورد علاقه کسانی است که به دنبال چاپ نرم تر و سریع تر هستند. سیستم Bowden در به حداقل رساندن ارتعاشات عالی است، که به ویژه برای چاپ مدل های پیچیده و ظریف مفید است. به این دلیل که جرم کمتری برای حرکت ناگهانی وجود دارد. از آنجایی که نیروی شتاب برابر با جرم ضربدر سرعت است، شتاب گرفتن و کاهش سرعت یک جسم سبک تر آسان تر است. همچنین، هر چه جسم سبکتر باشد، تکانه (انرژی جنبشی) کمتری ایجاد می کند. با این حال، افزایش فاصله بین موتور اکسترودر و هات اِند می‌تواند منجر به چالش‌هایی با فیلامنت انعطاف‌پذیر شود، زیرا تمایل دارند در داخل لوله کمانش کنند و بر قوام اکستروژن تأثیر بگذارند. بخشی از این مشکل نیز اصطکاک ناشی از لوله PTFE یا لوله Bowden است.
در مقابل، یک اکسترودر مستقیم، بدون هیچ واسطی موتور اکسترودر و هات اِند را به یکدیگر متصل می‌کند که نیاز به یک لوله طولانی را از بین می‌برد. این تنظیم کنترل بهتری بر حرکت فیلامنت فراهم می‌کند و آن را به انتخابی ایده‌آل برای چاپ با طیف وسیعی از مواد، از جمله فیلامنت انعطاف‌پذیر تبدیل می‌کند. توانایی اکسترودر مستقیم برای اعمال فشار ثابت بر روی فیلامنت منجر به کنترل اکستروژن بهتر و بهبود عملکرد retraction می‌شود و در نهایت احتمال رشته رشته شدن و نشتی را کاهش می‌دهد. با این حال، افزایش جرم روی کالسکه می تواند باعث ایجاد ارتعاشات و محدود کردن سرعت چاپ شود.
انتخاب نازل
البته اکسترودر تنها موردی نیست که باید در نظر گرفته شود. انتخاب یک نازل به طور قابل توجهی بر کیفیت و کارایی چاپ های شما تأثیر می گذارد، صرف نظر از اینکه از اکسترودر Bowden استفاده می کنید یا یک اکسترودر مستقیم. وقتی صحبت از تنظیمات Bowden می شود، جایی که فیلامنت باید قبل از رسیدن به نازل از طریق یک لوله عبور کند، انتخاب نازل مناسب بسیار مهم می شود. در واقع، نازل های ساخته شده از مواد با رسانایی حرارتی بالا، مانند برنج، به ویژه در این تنظیمات موثر هستند. این به این دلیل است که مسیر طولانی تر فیلامنت در سیستم های Bowden می تواند منجر به افزایش اصطکاک و مقاومت شود که به طور بالقوه بر فرآیند اکستروژن تأثیر می گذارد. استفاده از یک نازل با رسانایی گرمایی خوب به حفظ جریان ثابت فیلامنت و کاهش امکان گرفتگی کمک می کند، زیرا به ویژه در سیستم Bowden، کاهش فشار وارد شده بر روی فیلامنت توسط نازل از بروز مشکلات در خط جلوگیری می کند. در مقابل، دینامیک اکسترودرهای مستقیم مجموعه ای از ملاحظات را به همراه دارد. در این تنظیمات، موتور اکسترودر نزدیک‌تر به هات اِند قرار می‌گیرد و در نتیجه مسیر فیلامنت کوتاه‌تر می‌شود. این مسیر کاهش یافته برای فیلامنت، اصطکاک و مقاومتی که فیلامنت با آن مواجه می‌شود را به حداقل می‌رساند، و این امکان را فراهم می‌آورد که طیف وسیع‌تری از اندازه‌های نازل را بتوان استفاده کرد. علاوه بر این، هنگام کار با انواع فیلامنت ها، که برخی از آنها ممکن است حاوی مواد افزودنی ساینده باشند، فیلامنت های پر شده کامپوزیت یا فیلامنت هایی که دارای ذرات کوچک چوب هستند می توانند بسیار سریع فرسوده شوند. اما همین ماهیت ساینده، لوله PTFE تنظیم Bowden را نیز فرسوده خواهد کرد.
ملاحظات چاپ
هنگامی که به دنبال کیفیت چاپ استثنایی و جزئیات پیچیده در مدت زمان سریع هستید، یک اکسترودر Bowden اغلب حرف اول را می زند. ماهیت سبک وزن آن، احتمال حرکات ناگهانی را که می تواند سطح چاپ را هنگام چاپ با سرعت بالا آسیب برساند، به حداقل می رساند. این باعث می شود که آن را برای پروژه هایی که به دقت بالایی نیاز دارند، مانند پروتوتایپینگ معماری و آثار هنری پیچیده، گزینه ای عالی تبدیل کند. از سوی دیگر، کنترل یک اکسترودر مستقیم بر جریان فیلامنت برای چاپ هایی که نیاز به استفاده از مواد متنوع دارند، و همچنین مدل هایی که نیاز به retraction دقیق برای جلوگیری از رشته‌رشته شدن دارند، مناسب تر است. با این حال، اگر به دنبال کیفیت بهتری هستید، توصیه می‌شود از درایو مستقیم با سرعت چاپ پایین‌تر استفاده کنید. اگر سرعت بسیار برای شما ملاک است، اکسترودر Bowden معمولاً به دلیل کاهش خطر ارتعاش در سرعت‌های بالاتر بهتر عمل می‌کند. این باعث می‌شود که آن را به رقیب برتر برای چاپ‌های بزرگ با پبچیدگی کم تبدیل کند که باید در زمان کمی چاپ شوند. یک اکسترودر مستقیم، اگرچه به سرعت Bowden نیست، اما با توانایی مدیریت مواد متنوع تری، آن را جبران می کند. از سوی دیگر، یک اکسترودر مستقیم به شما قدرت کنترل، تطبیق پذیری و توانایی رسیدگی به مواد مختلف را می دهد.
علاوه بر ملاحظات فوق، تنظیمات صحیح retraction برای چاپ های تمیز ضروری است. تعادل میان retraction و سرعت، برای جلوگیری از مشکلات تغذیه یا رشته رشته شدن بسیار مهم است. تکنیک‌هایی مانند کوستینگ و Z-hop عیوب را کاهش می‌دهند، در حالی که تنظیمات چند اکسترودر به کنترل جمع‌کشی خاصی نیاز دارند. عواملی مانند مواد، دما و محیط چاپ بر رفتار پس‌کشی تأثیر می‌گذارند. تست و کالیبراسیون نیز ضروری است، زیرا یافتن تنظیمات مناسب مستلزم آزمایشی است که مطابق با پیچیدگی های چاپگر، فیلامنت و مدل شما باشد. یک اکسترودر Bowden به retraction طولانی‌تری نیاز دارد، زیرا که به دلیل اصطکاک بیشتر، این واکنش ها بیشتر طول می‌کشند. به این ترتیب، اکسترودرهای درایو مستقیم نیاز به انقباضات ناچیز دارند که آنها را برای فیلامنت های انعطاف پذیر مناسب تر می کند. در هر صورت، چه یک حرفه ای و چه فردی مبتدی در دنیای پرینت سه بعدی باشید، انتخاب شما بین یک اکسترودر Bowden و یک اکسترودر مستقیم باید یک تصمیم کاملاً آگاهانه بر اساس نیازهای منحصر به فرد پروژه‌تان باشد. هر دو نوع اکسترودر ویژگی‌ها و معایب خود را دارند که در نهایت به شما امکان می دهد انتخاب خود را با نیازهای خاص هر چاپ تنظیم کنید.
منبع: 3dnatives