ما أسباب حدوث الانكماش؟

تتطلب عملية طباعة بتقنية FDM/FFF  أن يكون البوليمر (البلاستيك) منصهرًا ومستخرج على منصة طباعة أو طبقة سابقة من مادة مستخرجة، طبقة تلو الأخرى. ومن ثم يتم تبريد كل طبقة بدرجات مختلفة مما يؤدي بدوره إلى اختلاف درجة الحرارة عند طباعة الأغراض. إن طريقة التصنيع هذه ستؤدي إلى تبريد القطع على نحوٍ غير متجانس، مما سيترتب عليه وجود العديد من المشاكل، والتي تشمل الانكماش وتعطل آلة الطباعة بسبب عدم اتصاق المجسّم بشكل كافي.

يحدث الانكماش أثناء الطباعة عند ارتفاع أحد أو عده زوايا المجسم المطبوع والتي تسبب وقوع تلفيات في الاتجاه الجانبي (الشكل أدناه)، وفي أشد الحالات، يؤدي الانكماش إلى فصل المجسم المطبوع تمامًا عن منصة الطباعة. ومع ذلك، فإنه حتى في الحالات البسيطة، يمكن أن تكون هناك أضرار عند حدوث انكماش في دقة الأبعاد التي يمكن أن تؤدي بدورها إلى عدم صلاحية القطعة للاستخدام بعد ذلك عند استعمال المنتج. لإجراء عمليات طباعة ناجحة، يجب الابتعاد عن أسباب وقوع التلفيات قدر الإمكان.

يمكن أن يكون سبب الانكماش هو اختلاف حراري تفاضلي بين الطبقات المطبوعة:

عند وضع الطبقة الأولى على منصة الطباعة، فإنها تبدأ بالتبريد فوراً حسب درجة حرارة المنصة، وهذا بدوره يؤدي إلى حدوث انكماش طفيف للطبقة الأولى

يتم وضع الطبقة الثانية فوق الطبقة الأولى القائمة مع تبريدها، ومن ثم تثبيتها بالطبقة الأولى. ونظرًا لأن الطبقة السفلية قد انكمشت قليلاً بسبب وضع الطبقة التالية فوقها، لذا فإن الطبقة العليا ستؤدي إلى الضغط على الطبقة الموجودة أسفلها، ومن ثم يتم وضع الطبقة التالية فوق الطبقة الأولى القائمة مع تبريدها، ومن ثم تثبيتها بالطبقة الأولى. ونظرًا لأن الطبقة السفلية قد انكمشت قليلاً بالفعل بسبب وضع الطبقة التالية أعلاها، لذا فإن الطبقة العليا ستؤدي بذلك إلى الضغط على الطبقة الموجودة أسفلها

يستمر تكرار نفس العملية مع كل إضافة لطبقات جديدة مما يعني إجراء مزيد من الضغط الجانبي على الطبقات السفلية. وهذا يؤدي عمومًا إلى زيادة قوة رافعة القص بين الطبقات المطبوعة التي نستطيع أن نسميها إجهاد الانكماش، فإذا كان إجهاد الانكماش أكبر من صلابة القطعة وقوة التلاصق، فإن قاع المجسم المطبوع سيبدأ حتماً بالانفصال عن منصة الطباعة

إن مدى الانكماش يعتمد على عدة عوامل شاملة خصائص المواد وظروف الطباعة والتي تعد جزءًا واحدًا متماسكًا. الانكماش الحراري للمادة من أهم خصائص المواد التي تتحكم في حجم الانكماش عند الطباعة. ويحدث الانكماش الحراري حينما تنكمش المادة عند تبريدها. وهذه النتيجة ترجع إلى خصائص موجودة في معظم المواد التي تتمدد عند تسخينها وتنكمش عند تبريدها. يمكن وصف الانكماش الحراري للمادة بواسطة معامل التمدد الحراري. ويصف معامل التمدد الحراري ميل المادة بسبب تغيير مساحتها وحجمها وشكلها مع تغير درجة الحرارة. وتظهر المادة ذات القيمة العددية العالية لمعامل التمدد الحراري الخطي تغيرات كبيرة في الطول كاستجابة لتغير درجة الحرارة. ونتيجة لذلك، فإن المواد ذات المعامل العالي للتمدد الحراري تكون أكثر عرضة للانكماش من المواد التي لا تظهر تغيرات كبيرة في الأبعاد عند التغيرات الحرارية الموجودة أثناء الطباعة بتقنية FDM.

بالإضافة إلى ذلك، فإن المواد الحرارية، ولا سيما المواد الهندسية الدرجة تميل إلى إظهار درجات متفاوتة من البلورة، وغالبا ما تسمى هذه المواد شبه بلورية. وفي هذه الحالة، فإن التغير في بلورة المادة أثناء عملية التجمّد والتبريد يمكن أن يؤثر أيضًا على انكماش المادة. ومن الممكن أن يؤدي التبلور إلى ارتفاع معدلات الانكماش نظراً لأن الهياكل البلورية تميل إلى التعبئة بشكل أكثر إحكاماً.

وكقاعدة عامة كلما كان معدل تبريد المادة بطيئًا، كلما زاد ميل المادة إلى أن تصبح بلورية. إن درجة تبلور المواد المطبوعة خاصة بكل مادة على حدة وتعتمد أيضًا على عدة عوامل، شاملة درجة الحرارة المحيطة ومعدل تبريد القطع والمواد المضافة وارتفاع الطبقة وسرعة الطباعة. وفي هذه المرحلة يكفي افتراض أن المواد البلورية مثل بولى بروبلينPP ، وبعض النايلونات وPEEK تميل إلى الانكماش أكثر من اللدائن غير المتبلورة.

في المقالات القادمة سنقوم بعرض حلول لتخفيف احتمالية حدوث الإنكماش أو مقاومته باستخدام الأدوات اللازمة للحصول على مطبوعات تماثل المجسمات الرقمة.

مصدر المعلومات من موقع ماجيقو.