مقالات

نازل های پرینتر های سه بعدی چیست؟

زمانی که پرینتر سه بعدی تنظیم می‌شود، اغلب نازل نادیده گرفته می‌شود. برای شناخت بهتر انواع نازل‌های پرینتر سه بعدی، اندازه، و مواد آن، ادامه‌ی متن را مطالعه کنید.

بررسی یک مورد مهم درباره نازل های پرینترهای سه بعدی

با تنظیمات و پارامترهای بسیار زیاد برای انجام دادن، آیا باید نگران نازل هم باشیم؟

برای چاپ سه بعدی، موارد متعددی باید در نظر گرفته شوند که تقریبا خیلی زیاد هستند. می‌توانیم به همین ترتیب ادامه دهیم و تنظیمات متعددی که باید مورد بازبینی قرار بگیرند را حتی قبل از شروع چاپ، نام ببریم و به تنظیماتی که برای رسیدن به یک چاپ با کیفیت لازم است اشاره نکنیم.

یک بخش از تنظیماتی که اغلب نادیده گرفته می‌شود، نازل است. با این حال، به عنوان آخرین قسمتی که با فیلامنت در تماس است، تاثیر قابل توجهی بر زمان و کیفیت چاپ دارد. بنابراین انتخاب نازل مناسب یک گام مهم در پیشرفت قابلیت‌های پرینت سه بعدی است.

اطلاع از تاثیر نازل‌ های مختلف بر روی فرایند کلی چاپ سه بعدی، منجر به رقابت بین تولید کنندگان می‌شود. در این مقاله، نازل‌های موجود در بازار را بررسی کرده و به شما کمک می‌کنیم تا بفهمید کدام گزینه‌ها، بهترین انتخاب برای شما هستند.

بررسی کاربرد و اهمیت نازل‌ها در پرینترهای سه بعدی

نازل‌ها فیلامنت را ذوب و خارج می‌کنند که بر عملکرد و کیفیت قطعه تاثیر می‌گذارد.

نازل، بخش مکانیکی پرینتر سه بعدی است که رشته را اکسترود می‌کند. انرژی گرمایی تولید شده توسط کارتریج حرارتی (فشنگ حرارتی) و بلوک را به فیلامنت منتقل می‌کند، و آن را ذوب می‌کند. بر اساس این اطلاعات می‌توان فرض کرد که سه ویژگی اصلی در طراحی یک نازل دخیل و ضروری هستند: اندازه، مواد، و قطر داخلی آن.

هرچه نازل بزرگتر باشد، جرم و مساحت سطح بیشتری برای انتقال حرارت به فیلامنت وجود دارد که این فرایند را موثرتر کرده و سرعت اکستروژن را بالاتر می‌برد. علاوه بر این، رسانایی گرمایی به جنس نازل نیز مربوط است، زیرا هر ماده بر اساس خواص خود، میزان انرژی متفاوتی را می‌رساند.

در نهایت، قطر داخلی نازل بر میزان پلاستیک اکسترود شده در ثانیه تاثیر گذار است. این خاصیت به عنوان شار شناخته می‌شود که حداکثر سرعت اکستروژن را نیز تعیین می‌کند. قطر داخلی به دقت (تمیزی) قطعات نهایی نیز مرتبط است: قطرهای کوچکتر امکان چاپ لایه‌ها و دیوارهای نازک تر را فراهم می‌کنند.

به طور خلاصه، هر کدام از سه مشخصه نازل می‌تواند تاثیر به سزایی بر مدت زمان چاپ قطعه شما و همچنین کیفیت نهایی آن داشته باشند. معمولا باید بین این دو عامل به یک سازشی دست یافت. در بخش‌ های بعدی، هر یک از این جنبه‌ها را به صورت جداگانه توضیح خواهیم داد و چند طرح موجود در بازار را نیز معرفی می‌کنیم.

مشخصه های ابعادی نازل ها

طول نازل معمولا توسط نوع و اندازه بلوک گرم کن تعیین می‌شود.

همانطور که قبلا اشاره کردیم، اندازه‌ی کلی یک نازل، میزان گرم کردن فیلامنت در حین اکستروژن را تعیین می‌کند. منظور از اندازه نازل، جرم فیزیکی و طول قطعه است. اندازه‌ی نازل با قطر سوراخ که معیاری از فضای داخلی که فیلامنت از آن تغذیه می‌شود، نباید اشتباه گرفته شود.

شاخصه های استاندارد نازل های پرینتر سه بعدی

اندازه‌های متنوعی از نازل‌ها در بازار موجود نیست، زیرا طول شفت نازل بر اساس نوع و اندازه‌ی بلوک تعیین می‌شود. ابعاد استاندارد فعلی برای این قطعات با انتهای گرم V6 و اکسترودرهای MK8 مطابقت دارد که طول آنها از نوک تا انتهای شیار M6x1 برابر 13 میلی متر است.

Volcano

اصطلاحا هات اندهای آتشفشانی به طور ویژه برای سرعت و دماهای بالاتر طراحی شده‌اند که ادعا می‌کنند حداقل سه برابر پلاستیک بیشتری نسبت به هات اند V6 معمولی بیرون می‌آید. به همین دلیل Volcano به نازل بلندتری، معمولا 21 میلی متر از یک سر تا انتها، برای بهبود هدایت حرارتی نیاز دارد.

SuperVolcano

گزینه سوم برای اندازه، گرچه به ندرت در پرینتر سه بعدی استفاده می‌شود، SuperVolcano است. همانطور که از نامش مشخص است، این نسخه حتی بلند تر از نازل آتشفشانی است که اندازه آن تقریبا 50 میلی متر است. برای کنترل چنین نازل بزرگی، کارتریج گرم کن W 80 توان دارد و می‌تواند به دمای 500 درجه سانتی گراد برسد.

بررسی جنس نازل ها در پرینترهای سه بعدی

گزینه‌های زیادی در نازل پرینتر سه بعدی از نظر ماده وجود دارد که هر کدام ویژگی‌های متفاوتی را ارائه می‌دهند.

در ادامه، ویژگی بعدی نازل که در لیست است، جنس آن است. امروزه تمام نازل‌های تولید شده به دلیل رسانایی گرمایی نسبتا زیاد و تلرانس ساختاری بالا، از نوعی فلز ساخته شده‌اند. با توجه به آنچه گفته شد، از فلزات مختلفی در ساخت نازل استفاده می‌شود. هر کدام ویژگی‌های خاصی دارند که بر روش‌های مختلف چاپ سه بعدی تاثیر می‌گذارد.

دسته بندی نازل های پزینتر های سه بعدی بر اساس جنس نازل

برنج

برنج ماده استاندارد مورد استفاده فعلی در نازل‌های چاپ سه بعدی است.

تاکنون برنج رایج ترین فلزی است که برای نازل‌ های پرینتر سه بعدی استفاده شده است. آلیاژ مس-روی با هزینه نسبتا کم، انتقال حرارت عالی را عرضه می‌کند. با این حال، در حالی که این نازل‌ها ارزان قیمت هستند، برنج مقاوم ترین ماده نیست و در برابر سایش بسیار آسیب پذیر است.

ممکن است نازل‌های برنجی در اثر هرگونه ضربه یا خراشیدگی که در طول فرآیند چاپ سه بعدی ممکن است اتفاق بیفتد، خراب شوند. با وجود اینکه ممکن است این آسیب در لحظه قابل توجه نباشد، سایش و پارگی به آرامی در طول زمان گسترش می‌یابد که می‌تواند ابعاد خارجی نازل را تغییر دهد.

اگر از مواد مخصوص چاپ سه بعدی مانند الیاف کربن و فیلامنت‌های پر شده از فلز حاوی ذرات ساینده به طور منظم استفاده شود، می‌توانند سطوح داخلی نازل را از بین ببرند. منفذ داخلی آسیب دیده می‌تواند کیفیت چاپ را دچار مشکل کند و نکته قابل توجه این است که تشخیص و پیدا کردن این فرسایش عملا غیرممکن است. به همین دلیل از نازل‌های برنجی برای چاپ مواد غیر ساینده استفاده می‌شود.

• حداکثر درجه حرارت: 300 درجه سانتی گراد
• بهترین استفاده با: فیلامنت‌های غیر ساینده مثل PLA، ABS، PETG، نایلون و TPE

فولاد زنگ نزن

نازل های فولادی زنگ نزن کمی سخت تر از برنج هستند و از لحاظ نظری برای مواد درجه غذایی مناسب هستند.

از آنجایی که مقاومت به سایش فولاد زنگ نزن نسبت به برنج کمی بهتر است، یکی از مواد متداول مورد استفاده در نازل‌هاست. همچنین تا حدی از گیر کردن پلاستیک ذوب شده به سطوح نازل جلوگیری می‌کنند و تقریبا آن را تمیز نگه می‌دارند. علاوه بر این، این نازل‌ها قطعه را به سرب آلوده نمی‌کنند اما معمولا در نازل‌های برنجی این اتفاق می‌افتد. بنابراین نازل‌های فولادی زنگ نزن از لحاظ تئوری برای مواد غذایی مناسب هستند.

با استفاده از نازل فولاد زنگ نزن، می‌توان از فیلامنت‌های متنوع تری استفاده کرد اما با این حال برای استفاده زیاد با مواد ساینده (فیلامنت) توصیه نمی‌شوند. همچنین رسانایی گرمایی آن در مقایسه با برنج کمتر است.

• حداکثر درجه حرارت: 500 درجه سانتی گراد
• بهترین استفاده با: فیلامنت‌های غیر ساینده و مواد حاوی ساینده‌های سبک مثل نایلونX، الیاف کربنی، فیلامنت‌های درخشان در شب، پر شده با فلز، پر شده با چوب و پر شده با سرامیک

فولاد سخت

از آنجا که کاملا مقاوم در برابر سایش هستند، نازل‌های فولاد سخت برای چاپ با فیلامنت‌های ساینده توصیه می‌شوند.

نازل‌های فولاد سخت یک پیشرفت بزرگ محسوب می‌شوند، زیرا در برابر استفاده‌ی مکرر از مواد ساینده، به اندازه‌ی کافی محکم هستند و می‌توان سال‌ها بدون تعویض کردن از آنها استفاده کرد. با این حال، این ماده از رسانایی گرمایی کمتری نسبت به دو ماده قبلی برخوردار است و رسیدن به دمای مورد نظر بیشتر طول می‌کشد.

از آنجا که فلز سختی است، ماشینکاری این نازل‌ها دشوار است. بعضی افراد ادعا کرده‌اند که سطح داخلی آن به اندازه‌ی سایر مواد “نرم تر” صاف نیست و احتمالا می‌تواند کیفیت قطعه و چاپ را پایین بیاورد. لطفا قبل از استفاده از این نازل‌ها تمام موارد بالا را در نظر بگیرید، چرا که این نازل‌ها گرانتر از نمونه‌های معمولی هستند.

• حداکثر درجه حرارت: 500 درجه سانتی گراد
• بهترین استفاده با: تمام مواد از جمله استفاده‌ی زیاد از مواد ساینده

نازل‌های مونتاژ شده

نازل‌های مونتاژ شده، بهترین عملکرد را در بین همه نازل‌ها دارند اما بسیار گران هستند.

نازل‌های مونتاژ شده از دو بخش جداگانه ساخته شده‌اند که به هم متصل شده است. هر کدام از یک ماده متفاوت ساخته شده است تا از بهترین خاصیت هر یک استفاده شود. قبلا دیدیم که بعضی از مواد حتی اگر از دوام بالایی برخوردار باشند – به عنوان مثال فولاد سخت – رسانایی گرمایی کمتری دارند.

معمولا نازل‌های مونتاژ شده ماده‌ی با خاصیت انتقال حرارت فوق العاده زیاد دارند در حالی که قسمت داخلی که با فیلامنت در تماس است، با دوام بوده و مقاوم در برابر سایش است. هدف از این نازل، دستیابی به بهترین خواص در یک نازل واحد است.

این نازل‌ها به طور خاص برای کاربردهای دما بالا و کار با موادی مانند PEEK و فیلامنت‌ الیاف کربن توصیه می‌شوند. در ادامه خواهیم دید که بعضی از این نازل‌ها شامل مواد با کیفیت خیلی بالا مانند یاقوت سرخ هستند. نیازی به گفتن نیست که نازل‌های مونتاژ شده بسیار گرانتر از انواع معمولی برنجی و فولاد زنگ نزن هستند.

• حداکثر درجه حرارت: دماهای بالا، اما حداکثر دما در مدل‌های مختلف، متفاوت است
• بهترین استفاده با: تمام مواد، از جمله استفاده‌ی مکرر از مواد ساینده و پلاستیک‌های مهندسی مثل PEEK و Ultem