التحكم في الانكماش عند الطباعة بتقنية FDM/FFF

الحل الوحيد لمنع حدوث انكماش عند الطباعة بأجهزة FDM أو FFF هو ضمان أن يكون اللصق بين الطبقة الأولى من الجسم المطبوع ومنصة الطباعة أقوى من الضغط الحراري على الطبقة الأولى بواسطة القطعة الباقي من آلة الطباعة. ويمكن تخفيف الانكماش الناتج عن الطباعة عن طريق التحكم في غراء منصة الطباعة والتدرج الحراري. تعتمد الطبقة الأولى من الغراء على عدة عوامل منها:

• المواد الخاصة بمنصة الطباعة.
• الغراء المستخدم.
• نوع المواد المراد طباعتها.
• درجة حرارة منصة الطباعة.
• درجة حرارة فوهة الطبقة الأولى.
• سرعة طباعة الطبقة الأولى.
• تدفق الطبقة الأولى.
• درجة حرارة الغرفة أو البيئة المحيطة.

الالتصاق في الطبقة الأولى يكون أقوى عمومًا عندما تكون درجة حرارة الطبقة منصة الطباعة ودرجة حرارة الفوهة وتدفق الطبقة الأولى مرتفعة وتكون سرعة الطباعة بالطبقة الأولى منخفضة، إلا أن هذه الأوضاع تعتمد اعتمادًا كبيرا على نوع الطابعة والمواد والبيئة.

إن التحكم الجيد في التدرج الحراري أثناء عملية الطباعة بتقنية FDM يمكن أن تساعد على تقليل الانكماش من خلال تقليل الضغط الحراري. ويتحقق ذلك عمومًا ولكن ليس بالضرورة من خلال الحفاظ على درجة حرارة البناء الداخلية بدرجة طفيفة (10 – 20 درجة مئوية) أقل من درجة حرارة التحول الزجاجي للمادة التي يتم طباعتها. إن درجة حرارة التحول الزجاجي هي عبارة عن درجة حرارة تعلوها مادة حرارية تبدو كالمطاط، في حين أن المادة تحت درجة الحرارة في حالة “زجاجية” تكون صلبة. وبعبارة أخرى، تكون المادة صلبة وقوية تحت درجة حرارة الزجاج بينما تكون المادة أنعم وأقل صلابة فوق درجة الحرارة الماثلة. وهذا يعني أنه كلما اقتربنا من درجة حرارة الزجاج المستهدفة، فإن اللدائن الحرارية تظهر ضغوطات حرارية أقل لأنها أكثر ليونة. بالنسبة للأجزاء الكبيرة في المواد المصهورة، فإن درجة الحرارة داخل الطابعة دون تسخين نشط وحجرة مغلقة ليست كافية لتكون قريبة من نقطة التحول الزجاجي الخاصة بالمادة. ومع ذلك، فإن الحفاظ على درجة حرارة الطباعة ثابتة هو أمر أساسي لمنع مشاكل الطباعة، ويستحسن دائمًا منع إجراء أية تعديلات وتغيرات مفاجئة في درجة الحرارة عند الطباعة.

يمكن طباعة عدد من المواد مثل النايلونNylon  وABS بسهولة في طابعات مغلقة ذات طبقات ساخنة. يتعين أن تكون الطبقة الساخنة مناسبة بما فيه الكفاية للحفاظ على درجة الحرارة الداخلية للطابعة عالية للتخفيف من تأثير الحرارة وذلك في حالة استخدام غراء قوي ومناسب لمنصة الطباعة. ومن ناحية أخرى، يحتمل أن تحتاج المواد عالية الحرارة مثل PC, PEEK, PEKK, UItem وPPSU غرفة ساخنة لتقليل الضغوط الناتجة عن الحرارة أثناء الطباعة والتي غالبًا ما تؤدي إلى حدوث انكماشات وعيوب أخرى في الطباعة. وتشمل العوامل الأخرى التي قد تؤثر على الإجهاد الحراري ارتفاع الطبقة وسرعة الطباعة وسماكة القشرة والنسبة المئوية للملء، مع وجود قيم أعلى تؤدي عمومًا إلى احتمالية أعلى لحدوث انكماش.

وبالنظر إلى هذه المعلومات الموضحة أعلاه، قد يُعتقد أن مجرد زيادة درجة حرارة منصة الطباعة قدر الإمكان سوف تحل جميع مشكلات الانكماش، وللأسف فليس هذا هو الحال مع معظم المواد التي تستخدم في عملية الطباعة بتقنية FDM . إن زيادة درجة حرارة منصة الطباعة أكثر من اللزوم يمكن أن تسبب حدوث ثلاثة مشكلات رئيسية:

أولاً، من الممكن أن يتسبب زيادة درجة الحرارة عن الطبيعي في فقدان جودة الطباعة لأن البوليمر المطبوع على منصة الطباعة يصبح ناعماً للغاية، وهذا من شأنه أن يتسبب عادة في حدوث تجعدات للحواف الحادة ويؤدي إلى تشوه القطع (الشكل أدناه).

إجراء عملية طباعة باستخدام “PLA”، تُوضح الصور المعروضة على اليسار طباعة مع ضبط منصة الطباعة الحرارية على 60 درجة مئوية، بينما تُوضح الصورة المعروضة على اليمين كيفية إجراء عملية طباعة عند 80 درجة مئوية. عند إجراء عملية الفحص الدقيق، يمكن ملاحظة أن الطباعة المُوضحة على اليمين غير مستوية وتظهر أيضًا مصنوعات يدوية بسبب الطبقات المنكمشة وبسبب درجة الحرارة الزائدة.

ثانياً: إذا كانت درجة حرارة منصة الطباعة عالية جدًا، يمكن أن تصبح كتلة المادة الأقرب إلى منصة الطباعة لينة بدرجة كافية للسماح للطبقات المترسبة حديثًا أعلى الطباعة بتشويه قاعدة الطابعة. ومن ناحية أخرى، إذا كانت قاعدة الطباعة صلبة بدرجة كافية، فإنها تعمل على مقاومة الضغط الناتج عن الطبقات العلوية للطابعة وبالتالي تقليل الانكماش الإضافي كما هو موضح في (الشكل أدناه). فيما يلي مثال عملي على ذلك، وهو عند إجراء مقارنة بين وضع مواد الطباعة الصلبة بوضع المواد المرنة. عادةً، لا تستمر المواد الصلبة المتمثلة في أكريلونيتريل بوتادين ستايرين “ABS” أو البولي كربون “PC” في الانكماش أو الانكماش بشكل أقل وذلك عندما تصل الطباعة إلى مستوى معين. من ناحية أخرى، ستستمر المواد المرنة المتمثلة في مادة “PP” أو النايلون في الانكماش بشكل كبير مع تقدم عملية الطباعة ووصولها إلى مستواها الكامل، وذلك إذا لم يكن التصاق منصة الطباعة قويًا بدرجة كافية.

عملية الطباعة باستخدام مادة صلبة مقابل مادة مرنة. تُعد المادة الصلبة قادرة على مقاومة إجهاد الانكماش، لأن المادة الأكثر برودة الموجودة في القطعة السفلي من الطباعة لديها قوة كافية (إجهاد داخلي) لمقاومة المزيد من الانكماش. لن تكون المادة المرنة أو اللينة قوية بما يكفي لمقاومة ضغوط الانكماش الناجمة عن انكماش الطبقات العلوية من الطباعة.

 

ثالثاً: ثمة عامل آخر يتعلق بطبيعة الغراء. في حين أنه في درجات الحرارة المرتفعة، عادةً ما يكون  بين البلاستيك والغراء قويًا، وفي هذه الحالة ستبدأ القوة الفعلية للطبقة اللاصقة في التناقص. معظم المواد اللاصقة، وحتى أسطح منصة الطباعة المصنوعة من البوليمرات الحرارية والتي تلين مع زيادة درجة الحرارة. نتيجة لذلك، يوجد مجموعة من نطاق درجات الحرارة لكل مادة يكون فيها الانكماش هو الحد الأدنى للجزء المطبوع. وفي هذا النطاق سيكون هناك حل وسط يتم فيه زيادة التصاق الطبقة الأولى، كما يتم زيادة قوة الطبقة اللاصقة إلى أقصى حد وتقليل الضغوط الحرارية والانكماش. بالنسبة لبعض المواد الخام، قد يكون هذا النطاق الأمثل منتشرًا ولكن بالنسبة لمعظم المواد الصلبة، يكون نطاق درجة حرارة الطباعة الأمثل هو درجة حرارة متوسطة متراوحة ما بين 5-10 درجة مئوية.

لهذه الأسباب، يُعد تحديد أفضل درجة حرارة لإجراء عملية الطباعة في نظام الطباعة ثلاثية الأبعاد الخاص بك أمرًا مهمًا للحصول على أفضل أداء مع الطبقة اللاصقة.

في المقال القادم: سوف يتم عرض كيفية تحديد درجة حرارة مناسبة لمنصة الطباعة.

للمقال السابق: تجده هنا بعنوان: الانكماش أثناء الطباعة بتقنية FDM/FFF.

مصدر المقال من شركة ماجيقو: ومنتجاتها مدرجة هنا.