چاپگر سه بعدی چند ماده ای:

انواع و راهنمای چاپ

شما درباره آن شنیده اید، اما دقیقاً همه گزینه ها چیست؟

همه چیز درباره چاپگرهای سه بعدی چند ماده ای و تکنیک های چاپ سه بعدی را کشف کنید!

همانطور که انتظار میرود، چاپ سه بعدی چند ماده ای شامل استفاده از بیش از یک نوع ماده در یک چاپ واحد است. این یکی از قابلیت های کلیدی تولید افزایشی (AM) است که میتواند پتانسیل آن را فراتر از سایر روش های تولید به کار گیرد. این کار می تواند نیاز به مونتاژ را حذف کند، نیاز به پس پردازش را کاهش دهد، و طراحی مؤثر قطعات چند منظوره را ترویج دهد.

دست کم برای حال حاضر، چاپ چند ماده ای تنها با استفاده از چاپگر مدل سازی افزودنی با فیلامنت (FDM) واقعاً ممکن است، زیرا این دستگاه ها قابلیت چاپ طیف وسیعی از مواد را دارند و به راحتی می توانند بین آنها در میانه فرآیند تغییر کنند.

طبیعتاً، رویکرد استاندارد به چاپ سه بعدی - استفاده از یک تنظیمات نازل تکی، اکسترودر تکی - برخی چالش ها را معرفی میکند. خوشبختانه، نوآوران چاپ سه بعدی با برخی راه حل های بسیار زیرکانه به کمک ما آمده اند، که ما خوشحالیم اکنون آنها را با شما به اشتراک بگذاریم.

ارزش ذکر دارد که چاپ چند ماده ای با چاپ چند رنگ متفاوت است. به تعریف، راه حل های چاپ چند رنگ تنها تضمین می کنند که چندین رنگ از یک نوع ماده استفاده می شوند؛ این تکنیک ها همیشه اجازه استفاده از انواع مختلف مواد را نمیدهند.

این بدان معناست که در حالی که یک چاپگر قادر به چاپ چند ماده ای نیز قادر به چاپ چند رنگ خواهد بود، نه تمام راه حل های چند رنگ می توانند برای چاپ چند ماده ای استفاده شوند.

با این تمایز روشن، بیایید نگاهی به مزایا و بزرگترین چالش ها بیندازیم.

چاپگر سه بعدی چند ماده ای: مبانی

مزایا

یک چاپ شجاع، از پشتیبان های PVA خود بیرون میزند (منبع: All3DP)

پس، چرا باید با چند ماده چاپ کنیم؟ خوب، تصور کنید که یک دست مصنوعی را چاپ می کنید. شما می خواهید دست محکم و قابل شستشو باشد، پس شاید از PETG استفاده کنید. اما شما همچنین می خواهید انگشتان گریپ خوبی داشته باشند، پس شاید TPU بهتر باشد؟ و برخی مناطق هستند که نیاز به جزئیات بسیار کوچک دارند، پس شاید در نهایت PLA جواب باشد؟

با چاپ چند ماده ای، شما نیازی به انتخاب یک ماده برای کل مدل ندارید، می توانید از هر سه استفاده کنید! این همچنین به این معناست که نیازی به مونتاژ پس از چاپ نیست، که عالی است زیرا مونتاژ می تواند زمان بر باشد، و مدل ها اغلب در نقاطی که دو قسمت به هم متصل می شوند، مستعد شکستگی هستند.

شما همچنین می توانید از چاپ چند ماده ای برای چاپ ساپورت ها در یک ماده قابل حل مانند PVA استفاده کنید. این امکان استفاده از ساپورت ها را در جاهایی که در غیر این صورت امکان حذف آنها وجود ندارد، مانند روی سطح یک مدل، فراهم میکند. با استفاده از این رویکرد چند ماده ای، می توانید به پایان سطح بهتری دست یابید.

چاپگر سه بعدی چند ماده ای: مبانی

چالش ها

یک چاپ چندماده ای ناموفق (منبع: 3DBenchy)

خوب، شما قانع شده اید. اما اگر چاپ چند ماده ای اینقدر عالی است، چرا هرگز از آن استفاده نمی کنید؟ متأسفانه، همانند بسیاری از چیزهای عالی دیگر، چاپ چند ماده ای چالش های خود را دارد.

برای شروع، اگر طراحی شما پیچیده است، ممکن است نیاز به تغییر مواد، صدها بار یا حتی هزاران بار در یک چاپ داشته باشید، بنابراین چاپ چند ماده ای می تواند به طور چشم گیری کندتر از چاپ با یک ماده واحد باشد.

سپس، تغییر مواد به سادگی تعویض فیلامنت نیست. به عنوان مثال، PLA و TPU را در نظر بگیرید. این مواد نیاز به تنظیمات اسلایس بسیار متفاوتی برای چاپ خوب دارند. برای تعویض بین آنها، شما باید دمای نازل و بستر، سرعت چاپ، تنظیمات بازگشت، و غیره را تغییر دهید.

شما همچنین باید اطمینان حاصل کنید که تمام یک ماده را قبل از چاپ با ماده دیگر پاک کنید؛ اگر کمی ABS در نازل شما باقی مانده باشد و سعی کنید PLA را چاپ کنید، دمای جدید و پایین تر از خروج قطعات کوچک ABS جلوگیری میکند، که احتمالاً باعث انسداد میشود! برای برخی مواد، به ویژه مواد ساینده مانند آنهایی که حاوی مواد عجیب و غریب مانند چوب یا فلز هستند، شما حتی ممکن است نیاز به تغییر به یک نازل متفاوت قبل از استفاده از آنها داشته باشید.

با این حال، راه هایی وجود دارد…

چاپگر سه بعدی چند ماده ای: مبانی

روش های چاپ چند ماده ای

چند نوع فیلامنت می خواهید در یک چاپ استفاده کنید؟ (منبع: Dennis via Printables)

چندین رویکرد معمول به چاپ چند ماده ای وجود دارد، همه با مزایا و معایب خود. انتخاب درست برای شما بسیار به پروژه ای که روی آن کار می کنید و همچنین مقدار زمان و پولی که مایل به صرف کردن هستید بستگی دارد.

به طور کلی، روش ها می توانند به دو گروه تقسیم شوند:

• روش های تک نازل گرم از یک چاپگر سه بعدی استاندارد استفاده می کنند. در واقع، برخی از این روش ها به سادگی تغییر دادن یک چاپگر با لوازم جانبی که امکان چاپ چند ماده ای را فراهم می کنند، هستند.
• روش های چند نازل گرم، به طور کلی، ماشین هایی هستند که به منظور خاص ساخته شده اند.

بیایید نگاهی دقیق تر به نحوه کار آنها و چند نمونه از هر کدام بیندازیم.

راه حل های تک نازل گرم

مزیت اصلی این روش ها این است که نیازی به خرید یک چاپگر چند ماده ای مخصوص ندارید! شما می توانید از یک چاپگر سه بعدی استاندارد استفاده کرده و یکی از این روش ها یا ارتقاءها را به کار ببرید. همانطور که انتظار میرود، این روش ها از نظر بودجه مقرون به صرفه تر هستند.

______

چاپگر سه بعدی چند ماده ای: مبانی

تعویض فیلامنت

این تکنیک برای چیزهایی مانند تابلوها عالی است (منبع: jakestaby via Thingiverse)

این روش تقریباً با هر چاپگری قابل استفاده است. این شامل درج دستورات خاص در نقاط معینی از اسکریپت G-code چاپ است، که به چاپگر شما دستور میدهد در پایان یک لایه متوقف شود تا شما بتوانید به صورت دستی مواد را قبل از ادامه تعویض کنید.

این کار می تواند نسبتاً ساده یا دشوارتر باشد، بسته به نرم افزار اسلایسری که انتخاب می کنید، زیرا برخی از آنها از این قابلیت پشتیبانی بهتری دارند. اگر مایل به امتحان کردن آن هستید، راهنمای ما را در مورد توقف در یک لایه خاص در Cura ببینید.

با افزودن به پیچیدگی های احتمالی، این روش تا حدودی در کاربردهای خود محدود است.

برای شروع، این روش نیاز دارد که شما فقط هنگام شروع یک لایه جدید بخواهید مواد را تغییر دهید، بنابراین برای چیزهایی که ممکن است نیاز به استفاده از دو یا چند ماده در یک لایه واحد داشته باشند، مانند چاپ ساپورت های قابل حل، چندان مفید نیست.

همچنین ارزش دارد که در نظر بگیرید حتی یک چاپ نسبتاً کوچک میتواند به راحتی نیاز به تعداد زیادی تغییر مواد داشته باشد. هر تغییر نیاز دارد که چاپ متوقف شود تا شما بتوانید فیلامنت فعلی را بردارید و با یکی جدید جایگزین کنید، مواد را تخلیه کنید، و چاپ را از سر بگیرید. این میتواند باعث شود که چیزی که در غیر این صورت یک چاپ سریع بود، ساعت ها طولانی تر شود. علاوه بر این، اگر رنگی که می خواهید به آن تغییر دهید، ماده ای با تنظیمات دمایی متفاوت از فیلامنت پایه باشد، شما همچنین باید همه چیز را تنظیم کنید تا اطمینان حاصل کنید که نازل خیلی گرم یا سرد نخواهد شد تا به درستی آن را ذوب کند.

گزینه های DIY

پروژه خرگوش خشمگین می تواند نتایجی خیره کننده تولید کند (منبع: EtteGit via GitHub)

البته، سازندگان برای خلاقیت و پیدا کردن راه های دستی برای دستیابی به اهداف خود شناخته شده اند، و اگر تعویض دستی فیلامنت سخت به نظر میرسد، جایگزین های دیگری وجود دارد.

به عنوان مثال، پروژه Enraged Rabbit وجود دارد که، در حالی که عمدتاً به چاپگرهای سه بعدی Voron خدمت میکند (هرچند میتوان آن را به دیگر دستگاه هایی که Klipper را اجرا میکنند تطبیق داد)، به دنبال ارائه امکان چاپ چند ماده ای به دستگاه ها با تنظیمات اکستروژن مستقیم است. شما می توانید یک کیت از تمام قطعات غیر چاپی که تشکیل دهنده Carrot Feeder (معروف به نگهدارنده 9 حلقه ای) را خریداری کنید، یا می توانید به طور کامل به روش DIY بروید و همه چیز را با دنبال کردن لیست قطعات (BOM) که در GitHub گنجانده شده است، خودتان تهیه کنید. توجه داشته باشید که، صرف نظر از اینکه کدام گزینه را انتخاب کنید، هنوز هم نیاز به چاپ برخی قطعات دارید.

گزینه دیگر منبع باز، اکسترودر چند ماده ای SMuFF است، هرچند خود خالق آن هشدار میدهد که این پروژه برای مبتدیان آسان نیست. همچنین می تواند تنظیمات اکستروژن Bowden دستگاه شما را جایگزین کند و نه تنها با Klipper سازگار است بلکه با Marlin و RepRap Firmware نیز سازگار است و حتی می توانید یک پلاگین OctoPrint اضافه کنید. با وجود چالشی که ممکن است نشان دهد، توصیه های زیادی از خالق در مورد مدل های خاص برد که ممکن است مناسب ترین باشند، چه کاری باید پس از ساخت آن انجام دهید، و بسیاری موارد دیگر وجود دارد.

اگر هر یک از این گزینه ها کمی زیاد به نظر میرسد و می خواهید مستقیماً به افزونه های از پیش مونتاژ شده بروید، گزینه های قابل خریداری موجود است.

چاپگر سه بعدی چند ماده ای: مبانی

ارتقاء چند ماده ای پروسا 3

MMU2 با پنج ماده به طور همزمان چاپ میکند (منبع:  Prusa 3D by Josef Prusa via YouTube)

یک گزینه دیگر، تبدیل چاپگر FDM استاندارد شما به یک دستگاه چند ماده ای با استفاده از تجهیزات جانبی است.

Multi-Material Upgrade 3 (MMU3) پس از  Multi-Material Upgrade 2S، افزونه چند ماده ای نسل دوم Prusa Research، قرار دارد. در حالی که 2S به کاربران چاپگرهای Prusa i3 MK2.5، MK2.5S، MK3 و MK3S اجازه میدهد که تا پنج رنگ یا ماده مختلف چاپ کنند، MMU3، همانطور که در صفحه محصول رسمی آمده است، به عنوان یک کیت ارتقاء برای MK3S+ و MK4 موجود است.

واحد MMU در بالادست اکسترودر چاپگر قرار دارد، همه پنج فیلامنت را به طور همزمان جمع آوری میکند و با استفاده از یک اکسترودر تکی، فیلامنت صحیح را بسته به نیازهای مدل تغذیه میکند. سازگاری مواد شامل PLA، ABS، PETG و مواد قابل حل است.

یکی از معایب آن این است که یک بلوک پاکسازی چاپ میکند تا اطمینان حاصل شود که منطقه ای که مواد در آن ترکیب شده اند در چاپ استفاده نشود، زیرا این حاوی مخلوطی از هر دو ماده خواهد بود. هنگام چاپ یک شیء کوچک، بلوک پاکسازی حتی ممکن است از خود چاپ مواد بیشتری استفاده کند که این کار بسیار هدر دهنده است.

از زمان انتشار PrusaSlicer 2.4، ویژگی های جدید زیادی اضافه شد تا چاپ چند ماده ای کمتر هدر دهنده و قابل دسترس تر شود (در زمان نوشتن، آخرین نسخه 2.6 است). اکنون انتخاب اینکه کدام قسمت های یک مدل باید با کدام ماده چاپ شوند آسان تر است و گزینه هایی برای “wipe into infill” یا  “wipe into object” وجود دارد، که همان ایده استفاده از ماده ای است که بخشی از بلوک پاکسازی بوده است یا به عنوان پرکننده یا برای چاپ مدل دیگری. باز هم، این نیاز به بلوک پاکسازی را حذف نمیکند و کاربردها ممکن است محدود باشد، اما گام بزرگی در جهت درست است.

چاپگر سه بعدی چند ماده ای: مبانی

Mosaic Palette

درون موزاییک پالت (منبع: Mosaic Manufacturing via YouTube)

Mosaic Pallete نسخه ای دیگر از لوازم جانبی مشابه MMU پروسا است که با اکثر پرینترهای FDM کار میکند. نسخه فعلی آن Palette 3 Pro است که امکان چاپ تا هشت ماده مختلف را فراهم میکند.

Pallete با برش دقیق و اتصال مواد مختلف کار میکند و یک طول مداوم و یکپارچه از فیلامنت را به پرینتر تغذیه میکند که میتوان به همان شیوه ای که با یک ماده تکی چاپ می کنید، چاپ کرد. با این نسخه جدید دستگاه، شرکت ادعا میکند که زمان های چاپ سریعتر و چاپ بدون وقفه را فراهم میکند - اگر یک قرقره تمام شود، پالت به قرقره دیگری متصل میشود و کار را ادامه میدهد.

با این حال، پالت همان مشکل MMU را دارد که از یک بلوک پاک کننده استفاده میکند و می تواند بسیار پرهزینه باشد. با این حال، باید ذکر شود که موزاییک با بهبود نرم افزار اسلایسر Canvas خود، اقداماتی را برای کاهش ضایعات انجام داده است. برای مثال، آنها امکان تنظیم میزان پاکسازی مورد نیاز بین مواد خاص را فراهم کرده اند. همچنین می توانید از بخشی از موادی که بخشی از بلوک پاک کننده خواهد بود به عنوان پرکننده استفاده کنید.

این یک گام مثبت در جهت کاهش ضایعات است. متأسفانه، این کاملاً نیاز به یک بلوک پاک کننده را از بین نمیبرد و شما باید با مواد مخلوط در پرکننده راضی باشید.

چاپگر سه بعدی چند ماده ای: مبانی

Bambu Lab AMS

آزمایشگاه بامبو AMS بلوک پاک کننده را با فیلامنت های رنگارنگ جایگزین میکند (منبع: All3DP)

اگر شما یک پرینتر بامبو لب داشته باشید، Automated Material System (AMS) یک ارتقاء است که امکان چاپ با چهار فیلامنت را فراهم میکند. اگر شما ۴ واحد AMS و هاب AMS داشته باشید، می توانید تا ۱۶ نوع فیلامنت مختلف را در یک چاپ استفاده کنید.

ارزش ذکر دارد که این تنها با پرینترهای همان برند سازگار است. این میتواند محدودکننده باشد اگر شما یک P1S یا Carbon نداشته باشید، زیرا به خصوص برای آنها ساخته شده است، اما راه اندازی به طور بی مشکل کار میکند. البته، اگر شما به اندازه ساخت بزرگی نیاز ندارید، می توانید A1 Mini را با AMS Lite خریداری کنید، اگرچه ارزش ذکر دارد که هیچ یک از واحدها با مواد انعطاف پذیر سازگار نیستند.

همچنین پاکسازی مواد مورد انتظار وجود دارد، اگرچه به شیوه ای متفاوت. به جای بلوک، فیلامنت های کوچکی از فیلامنت "قدیمی" و "جدید" بیرون رانده می شوند. در کل، نمی توان کیفیت سیستم را انکار کرد.

راه حل های متعدد نازل داغ

این گزینه ها معمولاً کمی گرانتر تمام می شوند اما همچنین سطح بالاتری از کنترل را ارائه میدهند و در قبال کار کمتر از سمت شما، نتایج بهتری در بر دارد.

_______

چاپگر سه بعدی چند ماده ای: مبانی

اکستروژن دوگانه

چاپ سه بعدی با استفاده از ساپورت های قابل حل (منبع: All3DP)

چندین تکنیک وجود دارد که تحت عنوان "چاپ سه بعدی اکستروژن دوگانه" قرار می گیرند، همانطور که در لیست بهترین پرینترهای اکستروژن دوگانه ما مشاهده میشود. یکی از تمایزات اصلی در این است که آیا یک پرینتر اکستروژن چندگانه از چندین نازل استفاده میکند یا خیر.

در حالی که یک گزینه برای چاپ چندرنگی است، تنظیماتی که در آن دو یا چند فیلامنت به یک بلوک حرارتی تکی تغذیه می شوند، برای چاپ چندماده ای عالی نیستند، زیرا مستعد مشکلات مرتبط با ترکیب شدن مواد با یکدیگر هستند. بنابراین، بهتر است که دو (یا بیشتر) نازل داغ جداگانه در یک دستگاه وجود داشته باشد. سپس، هر نازل داغ میتواند برای ماده خود تنظیم و کالیبره شود. این امر از مشکلات آلودگی جلوگیری میکند و نیاز به بلوک پاک کننده را از بین میبرد.

پرینترهای اکستروژن دوگانه محدود هستند به اینکه فقط می توانند از دو ماده در یک زمان استفاده کنند و به همین دلیل اغلب برای چاپ با ساپورت های  قابل حل استفاده میشوند. با این حال، شما می توانید با ترکیب اکستروژن دوگانه با یکی از تکنیک های قبلاً ذکر شده، با بیش از دو ماده چاپ کنید.

همچنین ارزش دارد که در نظر بگیرید که دو نازل داغ تا حدودی حرکت یکدیگر را محدود می کنند، بنابراین نمی توانید همیشه از تمام محدوده چاپ استفاده کنید و زمان های چاپ می تواند طولانی تر باشد.

چاپگر سه بعدی چند ماده ای: مبانی

تغییر دهنده های ابزار

پروسا XL با پنج سر ابزار (منبع: All3DP)

تغییر دهنده های ابزار، دستگاه هایی هستند که می توانند با چندین نازل داغ (یا حتی ابزارهای دیگر، از این رو نام گذاری شده اند) مجهز شوند، که می توانند به طور خودکار در حین چاپ تعویض شوند.

این نوع دستگاه ها معمولاً به عنوان پیشرفته تلقی می شوند و معمولاً توسط علاقه مندان با تجربه به صورت هدفمند ساخته می شوند.

استفاده از تغییر دهنده ابزار تمام مزایای اکستروژن دوگانه را ارائه میدهد اما بدون محدودیت در تعداد موادی که میتوان چاپ کرد. آنها همچنین آزادی بیشتری را ارائه میدهند، زیرا معمولاً دستگاههایی با فرمت بزرگ هستند که قادر به تسهیل ابزارهای دیگر، مانند لیزرها و سرهای ابزار حکاکی هستند. ارزش ذکر دارد که پروسا XL فقط استفاده از تا پنج نازل داغ را ارائه میدهد.

چاپگر سه بعدی چند ماده ای: مبانی

راه حل های صنعتی

Stratasys Fortus 450mc (منبع: Proto3000)

اگر هیچ یک از گزینه های بالا تمام نیازهای شما را برآورده نمی کنند، چند احتمال دیگر برای در نظر گرفتن وجود دارد. شاید شما به مقیاس بزرگتری فکر می کنید و گزینه های قبلی واقعاً نیازهای شما را برآورده نمی کنند.

خارج از دنیای چاپ سرگرمی، برای کاربردهای صنعتی بیشتر، شرکت هایی مانند Aconity3D، Meltio، Lithoz یا Stratasys ممکن است برای نیازهای چاپ چندماده ای مقیاس بزرگ یا پیچیده تر شما جالب باشند. راه حل های آنها امکان استفاده از تنوع عظیمی از مواد مختلف را برای ایجاد چاپ های بسیار پیچیده و پیشرفته برای کاربردهای مختلف، از جمله خودروسازی و مراقبت های بهداشتی، فراهم می کنند.

Modix Big-120Z به درستی با حجم ساخت ۶۰۰ x ۶۰۰ x ۱۲۰۰ میلیمتر نام گذاری شده است. نازل های داغ دوگانه E3D Super Volcano امکان چاپ چندماده ای را فراهم می کنند.

Delta WASP 2040 Industrial X ممکن است حجم ساخت کوچکتری داشته باشد (۴۰۰ x ۲۰۰ x ۲۰۰ میلیمتر)، اما می تواند با WASP Zen X Extruder که دارای اکسترودر دوگانه برای چاپ سه بعدی چندرنگی یا چندماده ای است، یا با Flex Extruder که برای فیلامنت های انعطاف پذیر طراحی شده است، راه اندازی شود.

هرچه نیازهای چن دماده ای شما باشد، می توانید پرینترهای سه بعدی صنعتی، حرفه ای و با فرمت بزرگی را پیدا کنید که به شما خدمت کنند.

منبع: All3dp.com