زمانی که گوشههای پرینت از روی بستر (بِد) بلند میشود، چه باید کرد؟ اگر چنین اتفاقی رخ داد، به این معناست که قطعه شما تاب برداشته است، یا در اصطلاح انگلیسی، Warping اتفاق افتاده است. تاب برداشتن قطعه در پرینت سه بعدی در واقع یک یک ایراد فنی است که هم فیلامنت شما را هدر میدهد و هم زمان شما را! این موضوع نه تنها ظاهر قطعه شما را خراب میکند بلکه به سبب آن، مشکلات بعدی نیز از راه میرسند؛ این مشکلات شامل کاهش دقت ابعادی، کم شدن استحکام و یا خرابی کامل قطعه میشوند.
اما هیچ جای نگرانی نیست، تابخوردگی و جدا شدن پرینت امری متداول است و خیلی از کاربران با آن دستوپنجه نرم میکنند. در چنین موقعیتی، کافی است دلیل این اتفاق را جستجو کنید و سپس، بقیه قطعهها را بدون عیب تابخوردگی پرینت کنید.
در این مقاله، توضیح میدهیم که تاب خوردن قطعات در پرینت سه بعدی فیلامنتی چیست و چرا رخ میدهد؛ بخش اصلی این مقاله، برروی ارائه راهحلهایی تمرکز دارد که برای جلوگیری از Warping، توسط بیشتر افراد حرفهای مورد استفاده قرار میگیرد. در آخر نیز، به نکات تکمیلی مربوط به این موضوع خواهیم پرداخت.
منظور از تاب برداشتن قطعه در پرینت سه بعدی چیست؟
با وجود قابلیتهای چشمگیر پرینترهای سه بعدی در تولید هندسههای پیچیده و ساخت قطعات سفارشی در مدت زمان کوتاه، تاب برداشتن قطعه در پرینت سه بعدی همچنان یکی از معضلات فناوری FDM است.
اگر هنگام پرینت، متوجه شدید که بخش پایینی قطعه به سمت بالا خم شده یا گوشههای آن از صفحه ساخت جدا شده است، در واقع با مشکل وارپینگ یا همان تاب خوردگی مواجه شدهاید. این مشکل نهتنها باعث کاهش دقت ابعادی و کیفیت ظاهری قطعه میشود، بلکه میتواند منجر به هدررفت زمان، مواد مصرفی و افزایش هزینههای تولید شود.
خوشبختانه راهکارهای مختلفی برای جلوگیری از تاب خوردن قطعه پرینتی وجود دارد، اما در گام نخست، باید با دلایل اصلی ایجاد آن آشنا شوید. بنابراین در بخش اول، به سراغ عمدهترین دلایل تاب برداشتن قطعه در پرینت سه بعدی رفته و سپس متریالها را از این منظر دستهبندی میکنیم.
چرا قطعه پرینت سه بعدی نباید تاب خوردگی داشته باشد؟
سوال مهمی که شاید بسیاری از شما از خود بپرسید، این است که اگر قطعه پرینت سه بعدی دچار تاب خوردگی شود چه مشکلی پیش میآید که جلوگیری از وقوع آن تا این اندازه مهم است؟ خیلی از افراد تصور میکنند این ایراد تنها یک عیب ظاهری است، اما تاب برداشتن قطعه در پرینت سه بعدی، کیفیت، استحکام و حتی عملکرد نهایی قطعه را بهطور نامطلوبی تحت تاثیر قرار دهد.
برای مثال ممکن است قطعه بخشی از شکل هندسی اصلی خود را از دست بدهد و دیگر با ابعاد مورد نظر مطابقت نداشته باشد. یا در موارد دیگر، بعد از بلند شدن گوشههای قطعه از بستر ساخت، مدل بهطور کامل از صفحه ساخت جدا شده و هنگام پرینت جابهجا میشود. همچنین، سرد شدن غیریکنواخت لایهها میتواند منجر به ایجاد ترک بین لایهها شده و استحکام مکانیکی قطعه را کاهش دهد. نتیجه همه این اتفاقات، افزایش تعداد پرینتهای ناموفق، هدررفتن فیلامنت، اتلاف زمان و افزایش هزینههای تولید خواهد بود.
مهمترین عوامل تاب برداشتن قطعه در پرینت سه بعدی
بهطور کلی، تاب برداشتن قطعه در پرینت سه بعدی نتیجه انقباض حرارتی متریال در هنگام خنک شدن است. با این حال، عوامل مختلفی میتوانند این پدیده را تشدید کنند؛ این عوامل را میتوان در سه دسته اصلی قرار داد:
مشکلات مربوط به چسبندگی بستر پرینت از عوامل اصلی تاب برداشتن قطعه در پرینت سه بعدی
چسبندگی مناسب لایه اول، نقش بسیار مهمی در جلوگیری از تاب برداشتن قطعه دارد. عواملی که میتوانند باعث کاهش چسبندگی بستر شوند عبارتاند از:
- تراز نبودن صفحه پرینت (Bed Leveling)
- کثیف یا چرب بودن بستر پرینت
- نامناسب بودن سطح بستر برای متریال مورد استفاده
مشکلات دمایی
کنترل دما در فرایند پرینت اهمیت زیادی دارد. هرگونه نوسان یا تنظیم نادرست دما میتواند موجب افزایش تنشهای داخلی و در نتیجه تاب برداشتن قطعه شود. مهمترین عوامل دمایی شامل موارد زیر هستند:
- پایین بودن یا ناپایداری دمای هیتبد
- تغییرات دمای محیط و وجود جریان هوا
- تنظیم نادرست دمای نازل
تنظیمات نامناسب لایه اول از عوامل موثر در تاب برداشتن قطعه در پرینت سه بعدی
برخی از تنظیمات نرمافزاری و پارامترهای پرینت نیز میتوانند احتمال وارپینگ را افزایش دهند. از جمله آنها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- فاصله نادرست نازل از بستر پرینت
- سرعت بیش از حد پرینت لایه اول
- استفاده نکردن از Brim یا Raft در زمانی که ضروری هستند
- انتخاب نامناسب الگوی اینفیل (تراکم پرشدگی) در برخی قطعات
کدام فیلامنت بیشتر تاب برمیدارد؟ – مقایسه فیلامنتهای FDM از نظر تابخوردگی
نوع متریال انتخابی شما ارتباط مستقیمی با میزان تاب برداشتن قطعه پرینت سه بعدی دارد؛ برای مثال هرچقدر دمای ذوب فیلامنت بالاتر باشد، احتمال بروز تابیدگی هم بیشتر میشود، زیرا انقباض حرارتی در اثر اختلاف زیاد دمای ذوب و دمای محیط بیشتر خواهد بود.
اکنون در این قسمت، نگاهی به نوع و میزان تاب خوردگی برخی از فیلامنتهای پرکاربرد پرینت سه بعدی خواهیم داشت.
تاب خوردگی قطعات پرینت شده با فیلامنت ABS
فیلامنت ABS علیرغم آنکه بسیار مورد استفاده قرار میگیرد، بسیار هم مستعد تاب برداشتن است. این متریال در دمای نسبتا بالا (حدود 220 تا 250 درجه سانتیگراد) پرینت میشود و به همین دلیل، در صورت خنک شدن نامتوازن یا سریع، بهراحتی دچار انقباض و تغییر شکل میشود. به همین خاطر است که استفاده از یک محفظه در هنگام پرینت ABS توصیه میشود.
تاب خوردگی قطعات پرینت شده با فیلامنتASA
این ماده از نظر ساختار و شرایط پرینت شباهت زیادی به ABS دارد. همچنین، علاوه بر استحکام بالا، مقاومت خوبی هم در برابر اشعه UV از خود ارائه میدهد. با این حال، به دلیل دمای پرینت مشابه، ASA نیز بسیار آماده تاب برداشتن است. دستیابی به نتایج مطلوب برای این فیلامنت، نیازمند کنترل دقیق دمای بستر، تنظیمات خنککاری مناسب و استفاده از محفظه است.
تاب خوردگی قطعات پرینت شده با فیلامنتNylon
نایلون یا پلیآمید (PA) با استحکام، مقاومت سایشی و انعطافپذیری بالا شناخته میشود، اما پرینت کردن آن با چالشهای زیادی همراه است. یکی از آنها، نرخ بالای انقباض نایلون، هنگام خنک شدن است که احتمال تاب برداشتن قطعه را افزایش میدهد.
تاب خوردگی قطعات پرینت شده با فیلامنت PC (پلیکربنات)
پلیکربنات یکی از متریالهای مهندسی قدرتمند با مقاومت بالا در برابر ضربه و حرارت است. این ماده معمولا در دماهای بسیار بالا و در محدوده 300 درجه سانتیگراد پرینت میشود. به همین دلیل، بدون کنترل دقیق دما و استفاده از یک محفظه بسته، احتمال تاب برداشتن قطعه و جدا شدن گوشههای آن از صفحه ساخت بسیار زیاد است.
تاب خوردگی قطعات پرینت شده با فیلامنتPP (پلیپروپیلن)
پلیپروپیلن یا PP یک پلاستیک نیمهبلوری با مقاومت مناسب در برابر ضربه و حرارت است. اما به طور کلی، مواد دارای ساختار بلوری یا نیمهبلوری، انقباض شدیدی را هنگام خنک شدن تجربه میکنند. به همین دلیل، پرینت موفق PP نیازمند استفاده از هیتبد و تنظیمات خنککاری مناسب است.
تاب خوردگی قطعات پرینت شده با فیلامنتPLA
فیلامنت PLA یکی از محبوبترین مواد در پرینت سه بعدی است و به دلیل سهولت پرینت، انتخاب اول بسیاری از کاربران محسوب میشود. اتفاقا این متریال دمای ذوب پایینتری نسبت به ABS و سایر مواد مهندسی دارد و در نتیجه، کمتر دچار تاب خوردگی میشود.
تاب خوردگی قطعات پرینت شده با فیلامنتPETG
فیلامنت PETG ترکیبی از استحکام، دوام و سهولت پرینت را ارائه میدهد. اگرچه دمای پرینت آن به ABS نزدیک است، اما با وجود چسبندگی مناسب بین لایه اول و بستر پرینت، لایههای اولیه این ماده بهخوبی روی صفحه ساخت قرار میگیرند و احتمال تاب برداشتن قطعه را کاهش میدهند.
تاب خوردگی قطعات پرینت شده با فیلامنتTPU
TPU یک فیلامنت انعطافپذیر و لاستیکمانند است که برای تولید قطعات نرم و دارای انعظاف استفاده میشود. اگرچه پرینت کردن این متریال کمی دشوار بوده و به تنظیمات مخصوصی نیاز دارد، اما میزان تاب برداشتن آن خیلی کم است. به طوری که اغلب بدون نیاز به محفظه بسته یا سیستم خنککاری حرفهای پرینت میشود.
تاب خوردگی قطعات پرینت شده با فیلامنتهای تقویتشده با الیاف
متریالهای کامپوزیتی که با الیاف کربن یا الیاف شیشه تقویت شدهاند، مقاومت بالایی در برابر تاب برداشتن دارند. وجود این الیاف باعث محدود شدن انبساط و انقباض حرارتی شده و میزان جمعشدگی متریال را کاهش میدهد. البته که پرینت کردن این دسته از فیلامنتها به تجهیزات و تنظیمات خاصی مانند نازلهای سختکاریشده نیاز دارد.
در جدول زیر، فیلامنتهای پرینت سه بعدی به دو دسته «مستعد» و «مقاوم» در برابر تاب خوردگی تقسیم شده و مطالب گفتهشده در بالا، بهشکلی خلاصه در زیر هر متریال نوشته شدهاند.
| فیلامنتهایی که مستعد تاب خوردن هستند | فیلامنتهایی که مقاومت بیشتری در برابر تاب خوردن دارند |
ABS دمای پرینت نسبتا بالا حساس به خنک شدن سریع و نامتوازن نیازمند هیت بد و محفظه بسته | PLA دمای پرینت نسبتا پایین پرینت آسان و پایدار |
ASA شرایط پرینت مشابه ABS مستعد انقباض حرارتی و تغییر شکل نیازمند کنترل دقیق دمای محیط و بستر پرینت | PETG چسبندگی مناسب به بستر پرینت پایداری بیشتر در زمان خنک شدن |
Nylon (PA) نرخ انقباض بالا در زمان خنک شدن احتمال زیاد ایجاد تنش داخلی در قطعه نیازمند کنترل دقیق دما و چسبندگی بستر | TPU انعطافپذیر پرینت بدون نیاز به محفظه بسته |
PC دمای پرینت بسیار بالا حساس به نوسانات دمایی | فیلامنتهای تقویتشده با الیاف حاوی الیاف کربن یا شیشه انقباض حرارتی کمتر مقاومت بالا در برابر تغییر شکل |
PP ساختار نیمهبلوری با انقباض نسبتا زیاد نیازمند هیت بد و تنظیمات خنککاری مناسب مستعد تغییر شکل در صورت خنک کاری نامناسب | — |
همانطور که در جدول بالا نیز مشاهده میکنید، موادی مانند ABS، ASA، Nylon، PC و PP، به دلیل دمای پرینت بالا و انقباض حرارتی بالا، بیشتر در معرض تاب برداشتن قرار دارند. در مقابل، PLA، PETG، TPU و فیلامنتهای تقویتشده با الیاف معمولا پایداری بیشتری از خود نشان داده و کنترل تاب خوردگی در آنها راحتتر است.
روشهای جلوگیری از تاب برداشتن قطعه در پرینت سه بعدی
بسته به اینکه چه دلیلی باعث شده قطعه شما تاب بخورد، ممکن است نیاز باشد کارهای مختلفی برای جلوگیری از بروز دوباره این مشکل انجام دهید. در این بخش، بعد از بیان هر یک از دلایل اصلی تاب خوردگی، راه حلی برای مقابله با آن ارائه شده است.
کنترل دما و جلوگیری از خنک شدن ناگهانی قطعه جلوگیری از تاب برداشتن قطعه در پرینت سه بعدی
دلیل بروز مشکل:
خنک شدن سریع فیلامنت، باعث انقباض حرارتی شدید شده و تنشهای داخلی در قطعه ایجاد میکند.
راهحل:
اولین نکته، حفظ دمای پایدار در طول فرایند پرینت است. استفاده از هیتبد با دمای مناسب باعث میشود لایههای ابتدایی مدت بیشتری گرم بمانند و چسبندگی بهتری به بستر داشته باشند.
در کنار استفاده از یک هیت بد، استفاده از محفظه بسته (Enclosure) نیز میتواند تاثیر چشمگیری بر جلوگیری از تاب برداشتن قطعه داشته باشد. محفظه بسته از ورود هوای سرد جلوگیری کرده و دمای محیط پرینت را در سطحی یکنواخت نگه میدارد.
همچنین توصیه میشود هنگام پرینت لایههای ابتدایی، سرعت فن خنککننده کاهش پیدا کند یا به طور کامل خاموش شود تا لایههای اول فرصت کافی برای چسبیدن به بستر پیدا کنند.
افزایش چسبندگی قطعه به بستر پرینت
دلیل بروز مشکل:
یکی از رایجترین دلایل تاب برداشتن قطعه در پرینت سه بعدی، چسبندگی ضعیف لایه اول به صفحه ساخت است. در این شرایط با شروع انقباض حرارتی، گوشههای قطعه بهراحتی از بستر جدا میشوند.
راهحل:
برای افزایش چسبندگی بستر میتوان از چسبهای مخصوص پرینت سه بعدی استفاده کرد. برخی کاربران نیز از چسب ماتیکی، اسپری مو یا نوارهای مخصوص مانند Painter’s Tape و Kapton Tape استفاده میکنند.
تمیز نگه داشتن سطح بستر نیز اهمیت زیادی دارد. وجود چربی، گردوغبار یا باقیمانده چسبهای قبلی میتواند کیفیت اتصال لایه اول را کاهش دهد. بنابراین بهتر است قبل از هر پرینت، سطح بستر را بهخوبی تمیز کنید.
تراز کردن صحیح بستر پرینت برای جلوگیری از تاب برداشتن قطعه در پرینت سه بعدی
دلیل بروز مشکل:
اگر بستر پرینت تراز نباشد، فاصله نازل تا صفحه ساخت در نقاط مختلف متفاوت خواهد بود. در نتیجه برخی قسمتهای لایه اول چسبندگی مناسبی نخواهند داشت و احتمال تاب خوردگی افزایش پیدا میکند.
راهحل:
پیش از شروع پرینت، از تراز بودن کامل بستر اطمینان حاصل کنید. بسیاری از پرینترهای جدید به سیستم Auto Bed Leveling مجهز هستند، اما در صورت نبود این قابلیت باید بستر را بهصورت دستی تنظیم کنید.
روش رایج برای این کار استفاده از یک برگ کاغذ است. نازل را تا نزدیکی بستر پایین آورده و ارتفاع صفحه را بهگونهای تنظیم کنید که هنگام حرکت دادن کاغذ، اصطکاک کمی احساس شود. این فرایند باید برای تمام گوشههای بستر تکرار شود تا فاصله نازل در همه نقاط یکسان باشد.
استفاده از Brim و Raft به منظور جلوگیری از تاب برداشتن قطعه در پرینت سه بعدی
دلیل بروز مشکل:
قطعاتی که سطح تماس کمی با بستر دارند یا دارای گوشههای تیز هستند، بیشتر در معرض جدا شدن از صفحه ساخت قرار میگیرند.
راهحل:
Brim و Raft دو قابلیت بسیار کاربردی در نرمافزارهای اسلایسر هستند که به افزایش چسبندگی قطعه کمک میکنند. Brim یک حاشیه نازک در اطراف قطعه ایجاد میکند که سطح تماس آن با بستر را افزایش میدهد. این حاشیه کمک میکند گوشههای قطعه روی صفحه ساخت ثابت بمانند. Raft نیز یک لایه یا سکوی موقت در زیر قطعه ایجاد میکند و نقش واسطه بین قطعه و بستر پرینت را ایفا میکند. این روش بهویژه برای موادی مانند ABS یا قطعاتی با هندسه پیچیده بسیار موثر است.
پس از پایان پرینت، Brim و Raft باید از قطعه جدا شوند و در برخی موارد نیز ممکن است سطح قطعه به پرداخت نیاز داشته باشد.
بهینهسازی تنظیمات اسلایسر برای جلوگیری از تاب برداشتن قطعه در پرینت سه بعدی
دلیل بروز مشکل:
تنظیمات نامناسب پرینت، بهویژه برای لایههای اول، میتواند باعث کاهش چسبندگی بستر و افزایش احتمال تاب برداشتن قطعه در پرینت سه بعدی شود.
راهحل:
یک راه حل مفید، کاهش سرعت پرینت لایه اول است. پرینت با سرعت پایین به فیلامنت فرصت میدهد تا بهخوبی روی بستر قرار گرفته و اتصال محکمی بین لایه اول و بستر ایجاد شود.
افزایش جزئی ضخامت لایه اول نیز میتواند چسبندگی را بهبود ببخشد و تاثیر خطاهای جزئی را کاهش دهد.
بهینهسازی طراحی مدل سه بعدی
دلیل بروز مشکل:
برخی ویژگیهای هندسی مدل، مانند گوشههای تیز و سطوح بزرگ و تخت، باعث تمرکز تنشهای حرارتی شده و احتمال تاب برداشتن پرینت را افزایش میدهند.
راهحل:
در صورت امکان، بهتر است گوشههای تیز را به گوشههای گرد تبدیل کنید. لبههای منحنی، تنشهای ناشی از انقباض را بهتر توزیع میکنند و احتمال بلند شدن گوشهها را کاهش میدهند.
همچنین، برای مدلهایی که دارای گوشههای تیز هستند، میتوانید از تکنیک Mouse Ears استفاده کرد. در این روش، دایرههای کوچکی در اطراف گوشههای قطعه ایجاد میشود تا سطح تماس با بستر افزایش یابد. این تکنیک یکی از روشهای ساده اما کارآمد برای جلوگیری از تاب برداشتن قطعه در پرینت سه بعدی به شمار میآید.
آیا میتوان قطعهای که تاببرداشته را نجات داد؟
اگرچه بهترین راه مقابله با تاب برداشتن قطعه در پرینت سه بعدی، پیشگیری از بروز آن است، اما همیشه امکان جلوگیری کامل از Warping وجود ندارد. در چنین شرایطی، بسیاری از کاربران این سوال را مطرح میکنند که آیا میتوان قطعه تاببرداشته را اصلاح کرد یا باید آن را کنار گذاشت؟
واقعیت این است که امکان تعمیر برخی قطعاتی که دچار تاب خوردگی در پرینت سه بعدی شدهاند وجود دارد، اما میزان موفقیت این کار به میزان تغییر شکل، نوع متریال و میزان دقت مورد نیاز بستگی دارد.
در مواردی که تاب برداشتن جزئی باشد و قطعه به دقت ابعادی بسیار بالایی نیاز نداشته باشد، میتوانید از حرارتدهی مجدد برای اصلاح شکل آن استفاده کنید. در یکی از روشهای رایج باید قطعه را روی یک سطح فلزی صاف قرار داده و با استفاده از هوای گرم، بخش تغییر شکلیافته را نرم کنید. سپس با اعمال فشار ملایم، قسمت خمشده را روی سطح صاف قرار دهید تا شکل اولیه خود را بازیابد. این روش معمولا برای موادی مانند PLA که دمای انتقال شیشهای پایینتری دارند، جواب میدهد.
روش دیگر استفاده از سشوار صنعتی یا Heat Gun است. در این روش، قطعه بهصورت کنترلشده گرم شده و سپس بهصورت دستی به شکل مورد نظر بازگردانده میشود. این راهکار بیشتر برای تغییر شکلهای جزئی مناسب است و در قطعاتی که به دقت ابعادی بالا یا تلرانسهای مهندسی نیاز دارند، پیشنهاد نمیشود.
با این حال، راههای اصلاح قطعهای که تاب برداشته است با عدم قطعیت بالایی همراه هستند؛ بهویژه، زمانی که از متریالهای مهندسی با دمای پرینت بالا مانند ABS، ASA یا پلیکربنات استفاده شده باشد. به همین دلیل، بهترین کار همچنان جلوگیری از تاب برداشتن قطعه به کمک تنظیم دما، چسبندگی مناسب و بهینهسازی تنظیمات پرینت است.
جمعبندی
تاب برداشتن قطعه در پرینت سه بعدی یکی از رایجترین مشکلاتی است که میتواند کیفیت، دقت ابعادی و استحکام قطعات پرینتی شما را به طور نامطلوب تحت تاثیر قرار دهد. این پدیده اصولا در اثر انقباض حرارتی متریال پرینت سه بعدی و خنک شدن نامناسب لایهها رخ میدهد. هرچند با شناخت عوامل، تا حد زیادی میتوانید از بروز عیب وارپینگ جلوگیری کنید.
در آخر، به عنوان کسی که در حوزه فناوری ساخت افزایشی فعالیت میکند، اگر قطعات شما به دقت ابعادی بالا، کیفیت سطح مناسب و حداقل میزان خطا نیاز دارند، اما عیب تاب خوردگی مانع از رسیدن به آنها میشود، پیشنهاد میکنیم با یک مجموعه متخصص در زمینه پرینت سه بعدی مشورت کنید. تیم تخصصی ماداتکنولوژی آماده است در کنار شما باشد تا به محصولی باکیفیت و بدون عیب برسید.
برای دریافت مشاوره یا ثبت سفارش، میتوانید با کارشناسان ما در ارتباط باشید.