» پرینتر3بعدی » آشنایی با انواع پلتفرمهای هندسی پرینتر سه بعدی: دکارتی، دلتایی، قطبی، رباتیک، بلت
3d printer type

آشنایی با انواع پلتفرمهای هندسی پرینتر سه بعدی: دکارتی، دلتایی، قطبی، رباتیک، بلت

هنگامی که در مورد انواع مختلف پرینترهای سه بعدی صحبت می شود، معمولاً به تکنولوژی متریال مصرفی  آن اشاره می‌ شود، در حالیکه نوع دیگری از تقسیم بندی برای چاپگر سه بعدی نیز وجود دارد (عمدتا برای تکنیک FDM)؛ منظورمان پلتفرم هندسی یا مکانسیم مختصاتی پرینتر سه بعدی است که در چندین نوع مثل دکارتی، دلتایی، قطبی، رباتیک … میشود؛ در این مقاله، ما عمدتا بر روی هفت نوع چاپگر متریال ترموپلاستیک یا FDM تمرکز خواهیم کرد، گرچه برخی پلتفرمهای برای متریالهای دیگری هم بهینه هستند:

Cartesian: Mendel/prusa-Darwin/Ultimaker, Delta, CoreXY, H-bot, Polar, SCARA, Belt

انواع مکانیسم حرکتی در پرینترهای سه بعدی FDM

پرینترهای سه بعدی متریال ترموپلاستیک (فیلامنتی) همچنان در حال تکامل یافتن هستند؛ آنها اکنون مدرن‌ تر، پیچیده‌ تر و پیشرفته‌ تر شده‌ اند. این امر بدان معناست که حالا شما گزینه‌های بیشتری برای انتخاب در اختیار دارید. امروزه، چاپگرهای سه بعدی با هندسه ‌های دکارتی و دلتا رایج‌ ترین سبک های پرینترهای سه بعدی رومیزی هستند. هندسه پولار و اسکارا نیز در حال تکامل است. اما تفاوت اصلی آنها در چیست؟ خوب، برای درک توانایی های منحصر به فرد آنها، باید این مقاله را بخوانیم.

امروز قصد داریم 7 نوع  الگوی مکانیک مختلف از چاپگرهای سه بعدی FDM (متریال فیلامنت ترموپلاستیک) را برای شما توضیح دهیم: دکارتی پروسا – مندل، کورکسی، اچ-بات، دلتا، قطبی، اِسکارا و بِلت.

قبل از شروع بحث برای کسانی که هیچ آشنایی با پرینترهای سه بعدی FDM ندارند:

3d printer

بیایید به طور خلاصه فرایند FDM را بررسی کنیم؛ چاپگر FDM هنگام کار کردن، رشته فیلامنتی از یک متریال (اغلب پلاستیکی) را گرفته و آن را از طریق پرینت‌هِد و نازل بصورت مذاب اکسترود می کند. آنگاه این متریال به صورت لایه های نازک روی هم قرار میگیرد تا جسمی سه بعدی را از صفر تا صد درصد روی بستر شکل دهد. پس، نازل پرینتر چطور این متریال را در جای مناسب قرار می دهد؟ خوب، این همان چیزی است که در سبک های مختلف مکانیکی چاپگرهای سه بعدی متفاوت است؛ فناوری FDM در این چاپگرها یکسان است، اما هر کدام از روشی منحصر به فرد برای هدایت مختصاتی پرینت‌هِد استفاده می کنند. مقاله ما درباره این تفاوت بحث میکند.

چه چیزی پرینترهای  متریال ترموپلاستیک را از هم متمایز می کند؟

در واقع، پرینترهای FDM از جنبه های مختلفی با هم تفاوت دارند. احتمالاً دو مورد از مهم ترین این موارد سیستم مختصات عملیاتی و هندسۀ مکانیکی آنها باشد.

3d printer types

در مورد مختصات سیستم، تقریبا همۀ هفت چاپگر ذکر شده، به استثنای پرینترهای سه بعدی قطبی (پولار)، از مختصات شبیه دکارتی استفاده می کنند. این بدان معنی است که چاپگرهای دلتا، اسکارا، کورکسی، اچ-بات و بِلت از نظر فنی میتوانند تا حدی در دستۀ دکارتی هم قرار بگیرند. با وجود این، بیشتر آنها اسامی خاصی دارند که اغلب به مکانیک‌شان مربوط می شود و با آن نام شناخته میشوند.

به غیر از چاپگرهای قطبی، پرینترهای اِسکارا و دلتا را نیز می توان صرفاً بر اساس هندسۀ مکانیکی منحصر به فردشان به یاد داشت، اولی دارای سه بازوی هماهنگ است که در یک قاب معلق هستند و دومی خود یک بازوی رباتیک است. اصطلاح «دکارتی» برای توصیف پرینترهایی بدون طراحی خاص استفاده نیز میشود. برای مثال، پرینتر Prusa i3 MK3S زیرمجموعۀ این دسته قرار می گیرد.

حالا، بیایید به مرور این هفت نوع چاپگر سه بعدی بپردازیم. در کنار سیستم های مختصات و هندسۀ مکانیکی، در مورد تاریخچه و نحوۀ کار هر یک صحبت خواهیم کرد.

  1. پرینتر سه بعدی FDM دکارتی یا کارتزین (Cartesian)

اجازه بدهید که کار را با درک بهتر پرینترهای سه بعدی دکارتی آغاز کنیم. همانطور که در بالا ذکر شد، آنها بیشترین کاربرد را در بین چاپگرهای سه بعدی مصرفی دارند و بزرگ ترین دستۀ چاپگرهای FDM را تشکیل می دهند. چاپگرهای دکارتی، پرینترهای سه بعدی یکنواخت و مرسوم هستند: حتما تصویرشان را در همه جا دیده اید؟! بله همانهایی که دارای قاب های چهارگوش – جعبه ای و محورهای خطی هستند.

به دوران مدرسه رفتن خود فکر کنید و نمودارها و مختصات دکارتی را به خاطر بیاورید؛ نمودارهای دکارتی این امکان را به شما میدادند که با استفاده از مختصات X، Y و Z نقطه ای را در فضای سه بعدی تعیین کنید. رایج‌ترین هندسۀ مکانیکی پرینتر سه بعدی FDM نیز بر اساس همین ریاضی دکارتی (شبکۀ مربعی) است و نام این پلتفرم محبوب از آن نشأت می‌گیرد. این چاپگرها دارای محورهای X، Y و Z هستند و از این سه محور برای تعیین موقعیت ها و جهت‌دهی به نازل هد استفاده میشود. در حالت استاندارد این پلتفرم، بستر ساخت  فقط در محور Z حرکت می کند، در حالیکه ساختار اکسترودر به صورت دو بُعدی در محورهای X و Y تغییر جهت میدهد (البته مدلهای متفاوت دیگر هم وجود دارد؛ بعنوان مثال گاهی اوقات بستر در امتداد محور Y نیز حرکت می کند، مانند آنچه در پرینترهای سه بعدی gMax  و Prusa دیده می شود).

سه زیر مجموعه کلی از سیستم دکارتی وجود دارد:

  • پرینترهای سه بعدی سبک پروسا/ مندل
  • پرینترهای سه بعدی سبک اولتیمیکر/ داروین
  • پرینترهای سه بعدی سبک کورِکسی و اچ‌-بات
از برندهای معروف موجود جهان که از فناوری دکارتی برای چاپگرهای سه بعدی استفاده می کنند، میتوان به سه مورد اشاره کرد: PrusaUltimakerMakerBot
  • پرینترهای سه بعدی سبک پروسا/ مندل

پروسا مندل

اولین نسل از چاپگرهای سه بعدی بودند. این سبک با مِندل در پروژه متن باز RepRap شروع و سپس پروسا مندل تغییر و اکنون به شکل Prusa i3 و مدلهای جدیدتر عرضه می‌شود. همۀ این مدلها از مکانیک یکسانی بهره می برند. به طور کلی، در صورت کالیبراسیون و تنظیمات صحیح، کیفیت چاپ بسیار خوب خواهد بود.

محور X و محور Z

این سبک از چاپگرها دارای محور X شناور (جرثقیلی) هستند که در محور Z بالا و پایین می رود، در حالی که پرینت هِد (هات‌اِند) در محور X به عقب و جلو حرکت می کند. حائلِ جرثقیلی به واسطۀ دو پیچ انتقال قدرت، که از دو موتور موازی نیرو می گیرند، به سمت بالا و پایین حرکت می کند. اگر پیچ های انتقال با یاتاقان و ریل خطی جفت شوند، بهترین خروجی حاصل می شود.

محور Y

با استفاده از دو محور ذکر شده، فقط می توانید یک دیوارۀ صاف را چاپ کنید. در این مرحله بستر متحرک وارد می شود. محور Y کل بستر را در بر می گیرد و عمود بر محور X به عقب و جلو حرکت می کند. همکاری این 3 محور منجر به چاپ اشیاء سه بعدی می شود.

ترازبندی بستر

اکثر بسترها از طریق سه یا چهار نقطۀ ثابت، که در زیرشان پیچ های فنردار نصب شده، تراز می شوند. البته اخیراً، ترازبندی دستیِ بستر کمتر شده و ترازبندی اتوماتیک جای آن را گرفته است. با این حال، توصیه می کنیم که تا حد ممکن بستر را تراز کنید تا حرکت اضافی محور Z از بین برود.

سکوی چاپ

این سبک از چاپگرها می توانند دارای بستر گرم شونده باشند یا نباشند. به شدت توصیه می کنیم که از بستر گرم شونده استفاده کنید. نداشتن بستر گرم شونده باعث دشواری چاپ می شود و افزودن آن به چاپگر هزینۀ چندانی هم ندارد. اغلب استفاده از بسترهای گرم شوندۀ شیشه‌ای بیشتر از بسترهای آلومینیومی توصیه می شود. احتمال تاب برداشتن شیشه کمتر است و در برابر سایش مقاومت بیشتری دارد.

تسمه‌ و پیچ‌ انتقال قدرت

محورهای X و Y دارای تسمۀ GT2 هستند و در محور Z اغلب از پیچ انتقال قدرت 8 میلیمتری استفاده می شود.

مزایای پرینترهای سبک پروسا:

  • ساخت این پرینترها نسبتاً آسان است و اغلب به طور کامل منبع باز (اوپن سورس) هستند.
  • اگر درکی کلی از چاپ سه بعدی داشته باشید، عیب‌یابی آنهاتا حدی آسان است.
  • نسبتاً ارزان
  • رفرنس و راهنماهای آموزشی خوب
  • نیاز نداشتن به قطعات مکانیکی زیاد (اکثر اجزا قابل پرینت هستند)
  • قابلیت اسمبل بصورت کیت آماده

معایب پرینترهای سبک پروسا:

  • پلتفرم قدیمی و منسوخ
  • خطاهای زیاد چاپ
  • سرویسکاری مداوم نیاز دارد
  • دوام پایین و قابلیت جابجایی کمی دارد
  • این چاپگرها معمولاً دچار مشکل تکان خوردن محور Z می شوند و در نتیجه تنظیم نبودن پیچ ها، خطای پرینت را روی سطح نهایی قطعه به جا می گذارند.
  • اغلب بدون محفظه محصور هستند.
  • گاهی ترازبندی بستر دشوار است وقتی پیچ های انتقال هم باید تنظیم شوند.
  • چاپ کندتر به دلیل جابجایی بستر.
  • پرینترهای سه بعدی سبک اولتیمیکر/ داروین Darwin – UltiMaker

آلتی میکر-داروین

نوع دوم چاپگرها به اولتیمیکر (Ultimaker) یا داروین معروف هستند. این پرینترها امتیاز بالایی دارند زیرا کیفیت چاپ بسیار خوبی ارائه می دهند.  البته ساخت آنها بسیار دشوارتر است چون قطعات متحرک زیادی دارند.

محور X و محور Z

چاپگرهای سه بعدی سبک آلتی میکر یا داروین، دارای هات‌اِندی هستند که می تواند در محورهای X و Y حرکت کند. هر دو محور X و Y روی محور ثابت می شوند و به بالا یا پایین حرکت نمی کنند. تصور کنید که از بالا به یک محور نگاه می کنید. از این زاویه به حرف H شباهت دارد. هات‌اِند در یک نقطۀ ثابت به هر دو ریل مرکزی متصل است. اگر هر دو محور را همزمان از یک سر به سر دیگر ببرید، هات‌اند به صورت مورب حرکت می کند. در غیر این صورت، اگر تنها یکی از محورها حرکت داده شود، آن محور هات‌اند را در امتداد مسیر خود حرکت می دهد.

دو تسمه برای محورهای X و Y وجود دارد. آنها از طریق یک میلۀ متحرک به هم وصل می شوند که همزمان با حرکت محور می چرخد. در هر دو انتهای میله، یک چرخ دنده‌دار GT2 وجود دارد. در طرف مقابلِ تسمه ها، یاتاقان هایی قرار دارد که حرکت آزادانۀ تسمه ها را ممکن می سازد. تسمه ها در نقطه ای که یاتاقانِ محور در امتداد ریل خطی حرکت می کند، متصل می شوند. بدین ترتیب، میله یا ریل به طور همزمان در هر دو انتها جابجا می شود و در نتیجه حرکتی مداوم به وجود می آید و هر گونه لقی از یک انتهای ریل از بین می رود (در غیر اینصورت این لقی میتواند تاثیر وحشتناکی روی سطح نهایی پرینت بگذارد).

محور Z

در حالی که محور X و محور Y حرکت زیادی دارند و بسیار پیچیده هستند، محور Z ساده است. معمولاً، محور Z فقط شامل یک پیچ انتقال و دو ریل خطی است که در یک سو ثابت شده اند. این امر فقط با سختی و استحکام پایۀ بستر امکان پذیر می شود. در غیر این صورت، برای چاپگرهای بزرگ تر، یا آنهایی که پایه های بسترشان ضعیف تر است، در دو سوی مخالف پرینتر به ترکیب ریل خطی/ پیچ انتقال احتیاج پیدا می شود.

سکوی چاپ

این نوع پرینترها اغلب دارای بستر چاپ گرم شونده هستند (البته در نمونه های اولیه اینطور نبود). این چاپگرها معمولاً دارای صفحه هایی از جنس پلکسی‌گلس، شیشۀ سکوریت یا معمولی و آلومینیوم هستند.

مزایای پرینترهای سبک اولتیمیکر/داروین

  • در صورت انجام کالیبراسیون و تنظیمات صحیح، کیفیت چاپ عالی ارائه می دهد.
  • ترازبندی بستر ساده تر است.
  • چاپ سریع تر
  • پلتفرم بروز شده نسلهای قدیم
  • رفرنس و راهنماهای آموزشی زیاد
  • سازگاری با نرم افزارهای پرینت
  • قابلیت اسمبل سریع از کیت های آماده

معایب پرینترهای سبک اولتیمیکر/ داروین

  • ساختاری مکعبی شکل محفوظ یا باز
  • در صورت بروز مشکل، روند عیب یابی طولانیتر است.
  • به دلیل کیفیت قطعات مورد نیاز، گران تر است (برندهای تجاری).
  • اسمبل مکانیکی پیچیده تر
  1. چاپگر سه بعدی اچ-بات (H-Bot)

چاپگرهای سه بعدی اچ-بات رویکرد متفاوتی از طراحی پرینترهای جعبه مانند را به نمایش می گذارند. مانند همۀ پرینترهای قبلی، آنها در دستۀ دکارتی ها قرار می گیرند چون از سیستم مختصات دکارتی استفاده می کنند.

پرینتر اچ بات

H Bot 3D Printer چطور کار می کند؟

چاپگرهای اچ-بات از تسمه هایی برای جابجایی پرینت هد روی سطح XY استفاده میکنند. به طور معمول، پرینت هد با حرکت تسمه از طریق حائل محور X حرکت می کند و این حائل با تسمۀ دیگری در امتداد محور Y جابجا می شود. محور Z نیز یک سکوی ساخت است که از کنار نازل شروع می شود و به سمت پایین حرکت می کند.

شاسی پرینتر سه بعدی

چه چیزی پرینتر اچ بات را متمایز می کند؟

چاپگرهای اچ-بات اغلب با چاپگرهای کورِکسی CoreXY اشتباه گرفته می شوند. با وجود شباهت میان این دو، چاپگرهای کورکسی از سیستم تسمه ای دیگری بهره می برند. در بیشتر موارد، با نگاه از سمت بالا، به راحتی می توان آنها را به واسطۀ شکل تسمه ها شناسایی کرد. تسمه های اچ-بات به شکل حرف «H» هستند، در حالی که تسمه ها در چاپگرهای کورکسی بیشتر به حرف «A» شباهت دارند.

چاپگرهای اچ-بات و کورکسی، به دلیل داشتن بستر چاپی که بالا و پایین میرود، از سایر پرینترها متمایز می شوند.

پرینتر3بعدی اچ بات
مزایای پرینتر اچ بات
  • فضای چاپ بزرگ
  • پایدار و مستحکم
  • قطعات نسبتا سبک وزن
  • میتواند در سرعت بالا کار کند
  • ارتعاشات اندک
  • دقت پرینت خوب
معایب پرینتر3بعدی اچ بات
  • نسبتاً گران
  • قطعات مکانیک زیادی دارد
  • اندازۀ بزرگ دستگاه
  • وزن

نمونه های از چاپگرهای سه بعدی H-Bot

3. پرینتر سه بعدی کورِکسی (CoreXY)

چاپگرهای3بعدی «کورکسی یا کور ایکس وای» نوع نسبتاً جدیدی از پرینترهای سه بعدی FDM هستند که نخستین بار در سال 2013 توسط مهندسان دانشگاه MIT آمریکا ساخته شدند. پرینترهای کورکسی از نظر سیستم مختصات عملیاتی، بعنوان دکارتی دسته بندی می شوند اما از یک سیستم حرکتی هوشمند بهره می برند.

پرینتر3بعدی کورکسی

CoreXY 3D Printer چطور کار می کند؟

همانند پرینترهای اچ-بات، چاپگرهای کورکسی از یک سیستم ترکیبی تسمه ای و قرقره ای برای حرکت دادن پرینت هد روی صفحۀ XY استفاده می کند. به طور خاص، پرینترهای کورکسی از دو موتور استِپر استفاده می کنند که هر کدام یک تسمه را حرکت می دهند تا موقعیت‌دهی به پرینت هد انجام شود.

همچنین، بستر چاپ بر روی یک سیستم حرکتی در محور Z، مانند میله های رِزوه‌‌ای، نصب می شود. این سیستم بستر را بالا و پایین می برد تا پرینت هد بتواند به چاپ لایه ها بپردازد. چاپگرهای کورکسی معمولاً مکعبی شکل هستند تا محورها و پولی ها را در خود جای بدهند.

همانطور که در بالا گفته شد، پرینترهای کورکسی اغلب با پسرعموهای اچ‌-بات خود اشتباه گرفته می شوند. این دو شباهت زیادی به هم دارند، اما سیستم تسمه در کورکسی متفاوت است و گشتاور پایین تر و حتی لرزش‌های کمتری ایجاد می کند. در واقع، اگر قصد خرید این نوع پرینتر را دارید، مراقب چاپگرهای اچ-‌باتی باشید که اشتباهاً (یا به دروغ) برچسب کورکسی خورده‌ اند.

جدا از تمایز بین کورکسی و اچ‌-بات، این دو دستگاه با سایر پرینترهای دکارتی تفاوت دارند چون برای جابجایی پرینت هد به طور همزمان از تسمه و پولی در هر دو محور استفاده می کنند.

مزایای پرینتر کورکسی
  • فضای چاپ بزرگ
  • میتواند در سرعت بالا کار کند
  • پایدار و مستحکم
  • قطعات سبک وزن
  • ارتعاشات اندک (حتی در مقایسه با اچ-بات)
  • دقت بالا
معایب پرینتر کورکسی
  • نسبتاً گران
  • نیازمند به بُرد کنترلر قدرتمند
  • قطعات مکانیکی زیاد
  • بهره‌وری انرژی پایین
  • احتمال خرابی چاپ
  • ساختار پیچیده اسمبلی
  • رفرنس و راهنمای آموزشی کمتر

نمونه هایی از CoreXY

  • Tronxy X5SA Pro
  • E3D ToolChanger
  • Two Trees Sapphire Pro
  • Tronxy X5SA
  • Creativity 3D Elf
  • Creality Ender 6
  • Voron 2.4
  • Creality CR-30
  • Vivedino Troodon
مکانیسم حرکتی  در پرینترهای سبک کورِکسی (CoreXY) و اچ‌-بات (H-bot)

این سبک از چاپگرها به پرینترهای Ultimaker/Darwin شباهت دارند. هات‌اِند در امتداد محور X و Y حرکت میکند و  به پرینتر متصل می شود و به سمت بالا و پایین حرکت نمی کند، اما مکانیزم های کنترل بسیار پیچیده تر هستند.

محور X و محور Y

محورهای X و Y توسط دو موتوری که به صورت هماهنگ کار می کنند، برای جابجایی هات‌اند به جلو و عقب در محور Y و چپ و راست در محور X کنترل می شود. این یک سیستم تسمه‌ای پیچیده است که برای ایجاد هر حرکتی به هر دو تسمه نیاز دارد. اگر هر دو موتور در یک جهت بچرخند، هات‌اند در امتداد محور X حرکت می کند. اگر در جهت مخالف بچرخند، حائل محور X در امتداد محور Y حرکت خواهد کرد.

محور Z

محور Z هم دقیقاً مشابه پرینترهای اولتیمیکر/ داروین عمل می کند.

4. چاپگرهای سه بعدی بِلت (Belt) یا Conveyor : بستر نقاله ای

belt 3d printer

پرینترهای سه بعدی بِلت یا Continuous 3D Printing | چاپ سه بعدی متوالی | آخرین نوع از چاپگرهای شبیه بر مختصات دکارتی بوده و یکی از خلاقانه ترین پلتفرمها محسوب شده که هر روز هم محبوب تر میشوند. این دستگاهها از نظر مکانیکی کمی تفاوت دارند، زیرا از یک تسمۀ متحرک بزرگ به عنوان بستر چاپ استفاده می کنند و زاویه قرارگیری اکسترودر نیز عمودی نیست بلکه 45 درجه است.

Belt 3D Printer چطور کار می کند؟

از نظر ساختار پرینت هد، اکثر چاپگرهای بِلت در اصل همان پرینترهای کورکسی هستند  ولی بستر چاپ با یک تسمه نقاله (متحرک) جایگزین شده که در محورهای ترکیبیِ Z و Y به یک سمت حرکت میکند. مهمترین ویژگی این پلتفرم هندسی پرینت در این است که می تواند یک قطعۀ بسیار طویل یا تعداد زیادی قطعات کوچک را پشت سر هم چاپ کند (حالت خط تولید محصول کارخانه ها را تجسم کنید). آنچنان که بنام پرینترهای سه بعدی با طول چاپ بی نهایت  : Z بی نهایت یا پرینتر سه بعدی با ابعاد ساخت بزرگتر از خودش معروف شده اند.

پرینت3بعدی

به طور معمول، پرینترهای سه بعدی بِلت دارای محور Z در زاویۀ 45 درجه هستند، که امکان چاپهای بلندتر را فراهم می کند. این زاویه دار بودن گاهی باعث کمترین مصرف بافت نگهدارنده یا ساپورت شده یا باعث تشدید مصرف آن میشود (با توجه به هندسه قطعه). در ضمن، پرینت هِد به بالا و پایین و همچنین چپ و راست حرکت می کند. با این حال، برخی از پرینترهای سه بعدی بِلت از سبک های حرکتی جایگزین دیگری نیز استفاده می کنند.

پرینترهای سه بعدی بلت تا حدودی می توانند از مزیت بستر گرم شونده بهره ببرند، با این حال بستر نمی تواند به دمای بسیار بالایی برسد زیرا همیشه در حال حرکت است.

چه چیزی چاپگرهای سه بعدی نوع Belt را متمایز می کند؟

پرینترهای سه بعدی بلت با دیگر پرینترهای FDM متفاوت هستند چون از نوعی بستر چاپ منحصر به فرد استفاده می کنند که اهداف زیادی را ممکن می سازد. این نوع چاپگرها دارای محور Z مورب هستند که هیچ نوع چاپگر دیگری از آن سود نمی برد. شما با این چاپگر دیگر نگران اندازه ساخت قطعه نباشید و بی وقفه پرینت کنید!

البته پرینترهای سه بعدی بلت (بستر نقاله ای) نیز محدودیت هایی دارند و نمی توانند با فیلامنت هایی که به بسترهای گرم شونده با درجه حرارت بالا نیاز دارند، کار کنند مثلا ABS گرچه متریال جایگزین PETG را میتوانند چاپ بگیرند.

چاپگر بستر نقاله ای
مزایای Belt 3d printer
  • چاپ پیوسته و طویل (بی نهایت طول)
  • پرینت یکپارچه قطعات بسیار حجیم بدون نیاز به تکه کردن
  • سرعت نسبتا مناسب پرینت
  • قابلیت پرینت با متریال ترموپلاستیک فیلامنت PLA و PETG
  • امکان سری سازی خوب قطعات کوچک تا متوسط
  • راحتی و جدا شدن اتوماتیک قطعه از بستر
  • کاهش بافت نگهدارنده (ساپورت) در برخی قطعات کوچک آویزان
  • سازگاری با نرم افزار اسلایسینگ رایگان Cura
معایب  Belt 3d printer
  • نیازمند رول متریال فیلامنت بسیار حجیم (در چاپهای طویل)
  • بستر گرم شونده ناپایدار
  • عدم توانایی پرینت با متریال ABS یا متریالهای کامپوزیتی جدید
  • چسبندگی نه چندان مناسب بستر
  • تمیز کردن بستر کمی سخت است
  • جنس بستر چاپ
  • تعویض بستر چاپ
  • مشکلات عیب یابی پرینت
  • افزایش شدید میزان بافت نگهدارنده یا ساپورت در قطعات آویزان طویل
  • همچنان در حال توسعه هستند
  • رفرنس و راهنمای آموزشی کم
  • اسمبلی پیچیده قطعات مکانیکی
  • ناشناخته بودن

نمونه هایی  از پرینتر3بعدی Belt

خب، تا اینجای بحث درباره پلتفرم دکارتی (کارتزین) در ساخت چاپگر سه بعدی حرف زدیم. قبل از رجوع به دیگر پلتفرمها یکبار دیگر چاپگرهای سه بعدی محبوب دکارتی را مرور کلی میکنیم:

بطور کلی چه چیزی Cartesian 3D Printer را متمایز می کند؟

دلتا کارتزین

به طور غیررسمی، اصطلاح «دکارتی» اغلب برای توصیف چاپگرهایی استفاده می شود که دلتایی یا اِسکارا نیستند. بنابراین قابهای چهارگوش یا جعبه‌ای با ریل های خطی را برای این پلتفرم به خاطر داشته باشید.

چاپگر دکارتی دارای سه ریل اصلی است که با سه محور صفحۀ دکارتی مطابقت دارند. روی هر ریل اتصالاتی کشویی یا پیچ هایی وجود دارند که نازل چاپگر را، مطابق با فایل مدل سه بعدی، در موقعیت های مختلف قرار می دهند.

کنترل سیستم های دکارتیِ خطی از نظر مکانیکی ساده و از نظر نرم افزاری نسبتاً آسان است، به همین دلیل اکثر چاپگرهای سه بعدی موجود در بازار از این طراحی بهره می برند. مدت ها است که سیستم مختصات دکارتی در ابزارهایی مانند پلاتر، دستگاه فرز   CNC  و پرینترهای دو بعدی مورد استفاده قرار می گیرد. در این نوع طراحیِ جعبه‌وار، معمولا بستر بر روی محور Z حرکت میکند و اکسترودر در جهت محورهای X و Y جابجا می شود.

مزایای کلی پرینتر دکارتی

  • کیفیت چاپ خوب
  • ماژول پذیری: قابلیت نصب حکاک لیزر و CNC سبک
  • در صورت استفاده از فلز در مونتاژ مکانیکی از استحکام خوبی برخوردار میشوند
  • امکان طراحی ساده و دقیق
  • درک و استفاده از آن نسبتا آسان است
  • انبوهی از رفرنس و منابع آموزشی در دسترس
  • نرم افزارهای رایگان و تجاری زیاد
  • بروز رسانی و تعمیر نسبتاً آسان
  • مرسوم بازار ایران
  • وجود قطعات یدکی در بازار

معایب کلی پرینتر دکارتی

  • قاب بزرگ و سنگین (اگر فلزی باشند)
  • سرعت معمول چاپ
  • قیمت متغیر با توجه به کیفیت ساخت
  • تعداد قطعات مکانیک مورد نیاز

نمونه هایی از معروفترین سازندگان Cartesian 3D Printer

  • MakerBot
  • UltiMaker
  • Snapmaker
  • XYZ 3D printer
  • Flashforge
  • raise3d
  • Creality Ender
  • Prusa

5. پرینترهای سه بعدی دلتایی یا Delta

این پرینترها که ظهورشان روز به روز بیشتر در بازار چاپ FMD مشاهده میشود، توسط دو دانشجوی دانشگاه زوریخ سوییس توسعه یافته است. البته این دو خوره پرینتر3بعدی، بیکار ننشستند و نمونه شش محوره این پلتفرم را نیز ارائه کردند !

دلتا پرینتر

چاپگرهای دلتا از روشی کاملاً متفاوت برای جهت‌دهی به نازل چاپ استفاده می کنند. در این سیستم، سه ریل بلند عمودی وجود دارد که روی هر کدام یک حامل به سمت بالا و پایین حرکت می‌کند. هر کدام از این حاملها از طریق یک بازو به اکسترودر متصل هستند. این بازوها به طور مستقل بالا و پایین می روند و نازل را دقیقاً در محل مورد نظر قرار می دهند. پرینترهای دلتا به دلیل ارتفاع چاپگر و بازوهای بلند از توانایی ساخت اشیاء بلندتر برخوردار هستند.

اتفاقاً، این پرینترها «ربات دلتا» نامیده می شوند، چون در واقعی نوعی ربات هستند که ابزار نهایی آنها به جای چنگک نگهدارنده یا هویۀ لحیم کاری به اکسترودر و نازل FDM تغییر یافته است. (ربات های دلتایی در اوایل دهۀ 1980 برای مدیریت اجسام کوچک و سبک اختراع شدند و بسیار تطبیق پذیر و کارآمد شده اند).

پرینترهای دلتا، به جای استفاده از هندسۀ سادۀ دکارتی برای موقعیت دهی به نازل، با استفاده از توابع مثلثاتی پیچیده تری موقعیت پرینت هِد را تخمین میزنند.

چاپگرهای سه بعدی دلتا دارای بستری دایره‌ای شکل هستند که اکسترودر در بالای آن معلق است. نازل توسط سه بازوی فلزی پشتیبانی میشود، که این بازوها به شکل مثلثی (یا شبیه به نماد دلتا) قرار می‌گیرند.

نکته 1: همین معلق بودن و تکانهای رعشه ای بازوها از نظر برخی عشاق پرینتر سه بعدی یک باگ مضحک محسوب میشود و آنها را از این نوع پلتفرم شدیدا متنفر کرده است.

نکته 2: پرینترهای دلتایی برای سرعت بخشیدن به روند چاپ طراحی شده اند. با این حال، بسیاری افراد با تجربه معتقدند که این نوع چاپگرها به اندازۀ پرینترهای مرسوم دکارتی دقیق نیستند.

نکته 3: تفاوت چاپگر دکارتی و دلتایی میتو اند در حرکت اجزا نسبت به بستر چاپ در نظر گرفته شود؛ در پرینترهای سه بعدی دکارتی، هر جزء فقط می تواند در یک جهت حرکت کند، در حالی که در پرینترهای سه بعدی دلتا، پرینت هِد میتواند به هر جهتی حرکت کند اما سینی ساخت تکان نمیخورد.

نکته 4: تقریبا تمامی نرم افزارهای اسلایسر چاپ سه بعدی معروف مثل Cura و Simplify3D قابلیت کار با چاپگرهای دلتایی را دارند، کافیست در بخش تنظیمات دستگاه در این نرم افزارها، حالت Delta Robot – Cylindar – Elliptic را انتخاب کنید. پس از نظر وجود نرم افزارهای اوپن سورس یا تجاری کافی برای «دلتا پرینتر» خیالتان کاملا راحت باشد.

چاپگرهای سه بعدی دلتایی چطور کار می کنند؟

همانطور که گفتیم، پرینترهای سه بعدی دلتا با سه بازو (یا گاهی حتی بیشتر) کار می کنند که به ریل های عمودی متصل هستند. پرینت هِد از طریق لولاهایی به انتهای هر بازو متصل می شود و بازوها برای موقعیت دهی به پرینت هِد با یکدیگر همکاری می کنند. حرکت هماهنگ بازوها در پرینتر دلتا ارتفاع (محور Z) و محل قرارگیری (محورهای X و Y) پرینت هد را نسبت به بستر چاپ کنترل میکند.

چه چیزی Delta 3D Printer  را متمایز می کند؟

پرینترهای سه بعدی دلتا از نظر مکانیکی با چاپگرهای سنتی دکارتی تفاوت دارند زیرا حرکت پرینت هِد، به جای محورهای ثابت، از طریق بازوهای معلق کنترل می شود. چاپگرهای دلتا به همین دلیل در بین انواع مختلف چاپ های FDM منحصر به فرد هستند.

پرینترهای دلتا معمولا با 3 موتور جداگانه، که به صورت مثلثی نسبت به هم قرار دارند، در جهت محور Z به سمت بالا و پایین حرکت می‌کنند تا به صورت همزمان موقعیت مرکزی محورهای X، Y و Z را پیدا کنند.

بدنه پرینترهای سه بعدی دلتایی، به شکل استوانه ای با سه یا شش ضلع هستند.

روند حرکتی بازوهای پرینتر سه بعدی دلتایی

مکانیزم های ریل خطی و تسمه ای در سه طرف چاپگر نصب می شوند. به هر تسمه یک بازو متصل است که در امتداد ریل خطی جابجا می شود. بازوهای سه طرف در مرکز به هم می رسند، یعنی جایی که هات‌اند وصل شده است. هنگامی که یک بازو به صورت عمودی به سمت بالا حرکت می کند، هات‌اند در جهت همان ریل به حرکت در می آید. وقتی به سمت پایین حرکت می کند، از آن دور می شود. اگر دو بازو به سمت بالا حرکت کنند، هات‌اند به سمت مرکز بین دو ریل حرکت می کند و هنگام حرکت به سمت پایین برعکس این امر اتفاق می افتد. برای ایجاد لایه های مسطح هر سه محور به صورت منطبق و مشترک حرکت می کنند.

مزایای پرینتر دلتایی
  • می تواند با سرعت بالا کار کند.
  • سازگار با نرم افزارهای مرسوم پرینت
  • توانایی انجام چاپ های بلند را دارد.
  • تکنیک نوظهورتر
معایب پرینتر دلتایی
  • رفرنس آموزشی و راهنمای عیب یابی کمتر در مقایسه با منابع دکارتی
  • ناسازگاری با اکستروژن مستقیم (دایرکت درایور)
  • حجم ساخت معمولی دارد، گرچه ارتفاع ساخت زیاد است.
  • محدودیت در حرکت منجر به ایجاد یک محدودۀ چاپ مخروطی می شود که نسبت به اندازۀ چاپگر کوچک است.
  • کالیبراسیون و عیب‌یابی آن دشوار است.
  • رزولوشن پرینت چندان بالا نیست.

نمونه هایی از Delta Printer

  • Monoprice MP Delta Pro
  • BIQU Magician
  • Delta WASP 2040 PRODUCTION

6. پرینترهای سه بعدی قطبی یا پولار یا دوار (Polar)

و حالا چیزی کاملاً متفاوت. چاپگرهای سه بعدی قطبی اولین بار در سال 2015 ساخته شدند و با تولید پرینتر قطبی Sculpteo ، محبوبیت بیشتری پیدا کردند. برخلاف باقی پرینترهای این فهرست، چاپگرهای سه بعدی Polar از سیستم مختصات عملیاتی متفاوتی استفاده می کنند.

برعکس دو مورد قبلی، موقعیت چاپگرهای سه بعدی پلتفرم قطبی با مختصات X، Y و Z تعیین نمیشود، بلکه توسط زاویه و طول مشخص میگردد. این بدان معناست که بستر نیز، با حرکت اکسترودر به سمت بالا و پایین، به طور همزمان می چرخد و حرکت میکند.

در حالی که پرینتر سه بعدی دکارتی بر اساس مختصات دکارتی (شبکۀ مربعی) کار می کند، کارکرد چاپگر سه بعدی قطبی بر اساس مختصات قطبی (شبکۀ دایره ای) است. با استفاده از این نوع پرینتر، بستر می تواند دور خود بچرخد، در حالی که نازل می تواند به بالا و پایین و از چپ به راست حرکت کند.

مزیت اصلی پرینترهای سه بعدی قطبی این است که فقط به دو موتور نیاز دارند، در حالی که تعداد موتورهای مورد نیاز در چاپگرهای دکارتی دست‌کم سه عدد است. در بلندمدت، چاپگرهای قطبی بهره‌وری انرژی بیشتری دارند و می توانند با استفاده از فضای کم، اجسام بزرگ تری بسازند. این پلتفرم ایده آل ترین هندسه برای چاپگرهای سه بعدی شکلات و غذاساز محسوب میشود. این پلتفرم هنوز هم طرحی جدید و در حال توسعه محسوب می شود و به اندازۀ بقیه انواع چاپگرها شناخته شده نیست. هیچ نرم افزار اوپن سورسی نداشته و منابع راهنما و عیب یابی در اینترنت هم بسیار کم است.

چاپگرهای سه بعدی polar چطور کار می کنند؟

این نوع چاپگرها از سیستم مختصات قطبی استفاده می کنند، به این معنی که نقاط، به جای شبکۀ مستطیلی، روی یک شبکۀ دایره ای ترسیم و تعیین میشود. چاپگرهای قطبی از زاویه و فاصله برای تعیین مکان در دو بُعد (در صفحۀ XY) استفاده می کنند. این نوع پرینترها مانند سایر چاپگرهای FDM فیلامنت یا ماده خوراکی را اکسترود می کنند، اما پرینت هِد معمولاً به یک بازوی خمیده متحرک متصل می شود که میتواند به سمت بیرون چرخش داشته باشد. چاپگرهای قطبی از صفحۀ ساخت گِرد چرخشی استفاده می کنند. با توجه به حرکت بستر، بازوی حاملِ پرینت هِد در امتداد محور Z حرکت می کند و قطعۀ مورد نظر را به صورت لایه به لایه می سازد.

چه چیزی polar 3D Printer را متمایز می کند؟

چاپگرهای سه بعدی قطبی به خاطر استفاده از سیستم مختصات Polar از سایر پرینترهای FDM متمایز میشوند. تفاوت دیگر این است که پرینت هد به یک بازو متصل است. در نهایت، آنها از بستر چرخشی بهره می برند، که هیچ نوع چاپگر دیگری از آن استفاده نمی کند.
مزایا چاپگر قطبی
  • قطعات مکانیکی کمتر
  • موتورهای کمتر
  • سر و صدای کمتر
  • سبک وزن
  • مصرف بهینه انرژی
  • جای کمی اشغال می کند
  • ایده آل برای پرینتر غذاسازی یا شکلات
معایب چاپگر قطبی
  • کیفیت چاپ پایین
  • نسبتا کُند
  • همچنان در حال توسعه
  • ناشناخته و مبهم
  • حجم ساخت کوچک
  • فقدان رفرنس و راهنمای آموزشی
  • نبود نرم افزار اوپن سورس حرفه ای
نمونه هایی از Polar 3D Printer

7. پرینترهای سه بعدی با بازوری رباتیک SCARA- اسکارا

فناوری بازوی رباتیک مونتاژ انتخابی : به طور مخفف SCARA: Selective Compliance Assembly Robot Arm از دهه 80 میلادی قرن بیستم برای مونتاژ بسیار دقیق و سریع اجزا در خطوط تولید صنعتی بویژه در کارخانه های بزرگ خودروسازی، استفاده شدند. با ظهور این فناوری کاربردی، شورشهای کارگری زیادی در دهه 80 میلادی در کشورهای صنعتی شکل گرفت زیرا باعث بیکاری صدها کارگر خط مونتاژ در آن زمان شد!

به تدریج استفاده از رباتهای سازنده مونتاژی در تمامی صنایع گسترش یافت. در همین حال، صنعت 3D Printer هم از سال 2013 با پروژه RepRap Morgan رسما این فناوری را در خود گسترش داد (منظورمان برای تکنیک FDM : متریال فیلامنت است نه چاپ بتن).

نکته 1: پرینت سه بعدی رباتیک در حوزه صنعتی، ایده آلترین پلتفرم در چاپ سه بعدی خانه و پلهای بتونی و دیگر حجمهای معماری خاص بزرگ محسوب میشود، اما این فناوری هنوز در مرحلۀ توسعه باقی مانده است و هم اکنون بطور قطعی تجاری نشده اند ولی شرکتهای زیادی در کشورهای صنعتی با این تکنیک روز به روز بیشتر در حال ظهور هستند؛ احتمالاً به این دلیل که روند کار به یک بستر ثابت وابسته نیست و این امر قابلیت تحرک و جابجایی را افزایش می دهد. علاوه بر این، به لطف انعطاف‌ پذیری در موقعیت ‌گیریِ پرینت هِد، ایجاد ساختارهای پیچیده هندسی بسیار بزرگ آسانتر می شود. البته باید توجه داشته باشید که هنوز رزولوشن نهایی چاپ در ساخت سازه های بزرگ به این روش، ضعیف بوده و  محل قرارگیری لایه ها روی یکدیگر کاملا قابل دید است.

نکته 2: برای چاپ سه بعدی ساختمان، نوع دیگری از پلتفرم هندسی پرینتر سه بعدی بنام gantry یا جرثقیل-پل نیز استفاده میشود که با روش تمام رباتیک تفاوت دارد. حالت گانتری خیلی شبیه سیستم سنتی پرینت سه بعدی دکارتی است.

چاپگرهای سه بعدی رباتیک FDM چطور کار می کنند؟

چاپگرهای رباتیک یا اسکارا دو زیر مجموعه کلی دارند:

  • پلتفرم اوپن سورس رومیزی
  • پلتفرم صنعتی

ما اینجا درباره مدلهای رومیزی بحث میکنیم. پرینترهای اسکارا رومیزی نیز از سیستمی شبیه مختصات دکارتی استفاده می کنند، اما به دلیل هندسۀ مکانیکی منحصر به فرد، دسته بندی خاص خود را تشکیل می دهند:

چاپگرهای اسکارا دارای یک پرینت هِد هستند که به بازوی رباتیک متصل شده و از دو موتور تغذیه می کند. هر دوی این موتورها به رابط هایی مکانیکی متصل هستند (همان قطعات مرسوم سیستم سنتی دکارتی مثل پولی، تسمه ….) که پرینت هد را روی صفحۀ XY حرکت می دهند، در حالی که موتور دیگری حرکت در امتداد محور Z را کنترل می کند. معمولاً، این موتور کل سیستم رابط-موتور را همراه با پرینت هد برای چاپ هر لایه بالا می برد.

نکته: سبک های پیشرفته دیگری از پرینترهای فیلامنتی اسکارا وجود دارند که در آنها از رابط مکانیکی استفاده نشده است و کاملا بازو رباتی هستند.

اسکارا پرینتر

چه چیزی Scara 3D Printer را متمایز می کند؟

چاپگرهای اسکارا به دلیل سیستم منحصر به فردی که برای کنترل حرکت پرینت هد روی صفحۀ XY دارند، از انواع دیگر چاپگرهای FDM متمایز می شوند. اکثر پرینترهای FDM از ویژگی های مکانیکی استانداردتری مانند تسمه، پولی و محورهای ثابت استفاده میکنند. همچنین، پرینترهای اسکارا معمولاً صفحۀ ساخت متصل ندارند و  در حالت رومیزی (غیر از انواع عظیم ساختمان ساز) غالباً ابعاد ساخت این نوع پرینترها نسبت به چاپگرهای دیگر کوچکتر است  (گرچه این معایب مطمئنا به مرور بر طرف خواهند شد).  داشتن یک چاپگرهای سه بعدی رباتیک در خانه واقعا تجربه هیجان انگیزی خواهد بود؛ باید منتظر ماند و روند تجاری شدن و کاهش قیمت این 3D Printer ها را نظاره کرد.

مزایای چاپگر رباتیک
  • مناسب برای چاپ صنعتی سازه های بزرگ معماری مثل پل یا خانه های بتنی
  • چاپ سریع
  • وزن کمتر نسبت به انواع چاپگرهای دکارتی یا دلتایی
  • فضای کمتری اشغال میکنند.
  • قابلیت جابجایی راحت برای مدلهای پیشرفته صنعتی
  • مصرف بهینه تر انرژی
  • قابلیت ماژول پذیری بالا (All In One) برای مدلهای پیشرفته صنعتی
  • تکنولوژی نوظهور و آینده دار برای مدلهای پیشرفته صنعتی
  • اوپن سورس بودن پلتفرم رومیزی
معایب چاپگر رباتیک
  • گران قیمت (پلتفرم صنعتی)
  • رزولوشن نسبتا پایین (در حال بهبود)
  • ابعاد پرینت
  • فعلا پلتفرم رومیزی ضعیف و توسعه نیافته است (در حال بهبود)
  • ناسازگاری با اکسترودر مستقیم یا دایرکت (پلتفرم رومیزی)
  • ناشناخته و مبهم
  • ساختار پیچیده مکانیکی
  • کانفیگ نرم افزاری پیچیده برای پرینت
  • در مرحله تحقیق و توسعه
  • رفرنس و راهنمای آموزشی کم

نمونه هایی از Robotic 3D Printer

3d printer types

خب، این مقاله طولانی در اینجا به پایان می رسد. خوشحال باشید زیرا از حالا هر وقت به عکسهایی مشابه تصویر بالا نگاه کنید، دیگر از افراد آماتور نیستید، چون دقیقا میفهمید این تصاویر چه معنی میدهند!

مطالبی که گفتیم یک تقسیم بندی رسمی از ساختار مکانیکی چاپگرهای سه بعدی عمدتا متریال فیلامنتی بود. از  آنجا که خلاقیت در ساخت چاپگر سه بعدی مرزی ندارد، مطمئنا روشها و دسته بندی دیگری هم وجود دارد؛ مثلا با جستجو در اینترنت چاپگرهای ابتکاری ترکیبی از سیستمهای Polar-Scara و Delta – Belt هم یافت میشود! امیدواریم از خواندن این مقاله لذت برده باشید.

برای درک بهتر ساختار مکانیکی انواع پلتفرم هندسی چاپگر سه بعدی میتوانید نام هر سیستم را در وبسایت Thingiverse.com به انگلیسی جستجو کنید تا فایل سه بعدی قطعات مکانیکی این دستگاهها را مشاهده و دانلود رایگان نمایید (نرم افزار VPN را روشن کنید) | راهنمای وبسایت تینگیورز |.

اگر مطالبی تکمیلی یا نظری درباره انواع هندسه ساخت پرینتر3بعدی دارید، در بخش کامنتیگ (پایین صفحه)  مطرح کنید.

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

Enter Captcha Here : *

Reload Image