جمع شوندگی یا shrinkage در پرینت سه بعدی

شرینکیج (shrinkage) در پرینتر سه بعدی FDM ، این سوالی است که خیلی از طراحان و مراکز خدمات پرینت سه بعدی با این مسئله برخورد داشته اند و دارند.

اگر قطعه ای طراحی کرده باشید که در محلی دیگر یا در قطعه دیگر بخواهد قرار گیرد حتما به این موضوع برخورد داشته اید که اندازه در نرم‌افزار طراحی با اندازه‌ی قطعه چاپ شده توسط پرینتر سه بعدی متفاوت می‌باشد. ما در این مقاله سعی بر بررسی و چرایی این موضوع داریم..

ولی قبل از پاسخ به این مسئله این پرسش مطرح می شود که آیا انقباض یا shrinkage در پرینتر سه بعدی مشکل بزرگی در خدمات چاپ سه بعدی است؟

اگر اندازه برای ما اهمیت داشته باشد، جمع شوندگی یا انقباض یا شرینکیج در پرینت سه‌بعدی می‌تواند به مشکلی بزرگ تبدیل شود! هنگام خنک‌سازی، متریال ABS حدود ۰.۸٪ کوچک‌تر می‌شود، اما بسته به استفاده و برخی شرایط دیگر، این میزان متفاوت است. متریال PLA انقباض کمتری نسبت به بقیه متریال‌های موجود در بازار دارد و این رقم حدود ۰.۲۵٪ است؛ و متریال نایلون نیز حدود ۱.۵٪ انقباض دارد. این بدان معناست که مواد چاپی به اندازه دلخواه نخواهند بود.

یکی از باور های غلطی که در بین مردم وجود دارد این است که فیلامنت PLA به هیچ وجه دچار جمع‌شوندگی و انقباض نمی‌شوند و به همین علت در  اکثر مراکز خدمات چاپ سه بعدی از این نوع ماده مصرفی برای پرینترهای سه‌بعدی بیشتر استفاده می‌شود. با این حال، PLA و نایلون هر دو کوچک می شوند، اما زیاد نیست. PLA در حدود ۰.۲٪ کوچک میشود در حالیکه Nylon در حدود ۱.۵٪ کوچک میشود. این به نوع نایلون یا PLA مورد استفاده بستگی دارد.

برای مثال ممکن است که یک قاب گوشی شما چاپ بکنید و بعد از اتمام کار متوجه این موضوع میشوید که قاب کاملاً برای گوشی هم اندازه و دقیق نیست. اگر دو قطعه پرینت شده دقیقاً باید در کنار هم مونتاژ شوند، اندازه آنها باید دقیق باشد، با ابعاد مدل‌سازی سه‌بعدی امکان پذیر نیست.

 ‌

برخی از افراد با اندازه‌گیری جمع‌شوندگی یا shrinkage شروع می‌کنند و مدل خود را در اندازه کمی بزرگتر تغییر می‌دهند. بنابراین، پس از چاپ مدل، اندازه آن تا اندازه مورد نظر تغییر میکند و در نهایت قطعه پرینت شده اندازه واقعی خود را پیدا می‌کند.

اما ما باید چطور باید این جمع شوندگی یا انقباض (Shrinkage) را جبران کنیم؟ هنگامی که ما قطعه‌ای را برای چاپ سه‌بعدی آماده می‌کنیم باید از قبل، هنگام طراحی آن قطعه درصد انقباض shrinkage در پرینتر سه‌بعدی را در نظر گرفته باشیم.

جمع شدگی یا shrinkage در پرینتر سه بعدی، در مواد در ترموپلاست یک مسئله معمول و عادی است و در طی انتقال از حالت مایع به حالت جامد – پس از چاپ – بوجود می آید. وقتی مواد ABS به طور یکنواخت کوچک شوند، فقط کمی کوچکتر می‌شوند.

با این حال، هنگامی که فقط بخشی از مدل کوچک می‌شود، این یک مشکل بزرگ خواهد بود زیرا مدل تاب می‌خورد. یک مدل تاب خورده از صفحه ساخت چاپگر خم می‌شود، ترک می‌خورد یا تغییر شکل می‌دهد. عوامل مختلفی در تاب پیدا کردن یک مدل نقش دارند اما خنک‌کننده (Cooling) نامناسب معمول‌ترین علت آن است؛ که در مقالات بعدی به آن اشاره خواهیم کرد..

• این اتفاق پس از خنک شدن سریع مواد چاپی یا ناهموار بودن دمای اطراف مدل چاپ رخ میدهد. تهویه هوا در داخل اتاق به احتمال زیاد باعث این مشکل میشود.
• دلیل احتمالی دیگر قرار دادن چاپگر سه بعدی در نزدیکی پنجره‌های باز است. این دلیل اصلی است که چرا بیشتر تولیدکنندگان چاپگرهای سه بعدی محصولات خود را برای مقابله با انحراف و انقباض طراحی می‌کنند.

فیلامنت ABS از نازل چاپگر سه‌بعدی عبور کرده و تا ۸۰ درجه سانتیگراد خنک می‌شود. محفظه کاری پرینتر در تمام مراحل چاپ دما را در ۸۰ درجه سانتیگراد حفظ می‌کند.

پس از پایان چاپ، پرینتر دما را بیشتر سرد می‌کند. به این ترتیب، هر لایه به طور همزمان خنک می‌شود. وقتی دما به طور یکنواخت در کل فضای ساخت کاهش می‌یابد، احتمال تاب خوردگی قطعه را از بین می‌برد.

ABS به دلیل کوچک شدن در دماهای مختلف، تاب می خورد. این دلیل اصلی است که PLA و نایلون در چاپ سه بعدی به گزینه‌ای محبوب تبدیل شده اند.

• قبل از شروع به چاپ، باید چندین کار انجام دهید تا احتمال تاب برداشتن کاهش یابد. اگر پرینتری که قابلیت تغییر یا سازگار دارید، به یاد داشته باشید که از نازل MK8 استفاده کنید. MK8 از ماندن پلاستیک به مدت طولانی به شکل ذوب شده جلوگیری می‌کند. نازل MK8 پرینتر سه بعدی مشابه نازل‌های دیگر پلاستیک را در خود نگه می دارد، اما بیشتر پلاستیک به شکل جامد باقی می‌ماند. بنابراین، PLA بندرت تخریب خواهد شد.
• حتی در حین چاپ اگر متوجه مشکلی شدید، باید سعی در جبران آن کنید. از آنجا که چاپ شامل مراحل حرارتی است، شما باید مدلهای مورد نظر خود را با ۰.۲% برای PLA و ۰.۸% برای ABS و ۵% برای Nylon مقیاس ‌بندی (scale) کنید.
• تجزیه و تحلیل هرگونه جمع‌شدگی را جبران می‌کند و نتیجه آن دقت ابعادی درصد خواهد بود. دقت ابعاد مربوط به جزئیات مدل نیست و تضمین آن سخت است. 

مدیریت کردن و کنترل کردن shrinkage در پرینتر سه بعدی تحت تاثیر علل بسیاری است و انجام این عمل بسیار دشوار می باشد.

انقباض، (Shrinkage) شرینکیج در پرینتر سه بعدی  به دو صورت حجمی یا خطی بروز می‌یابد. جمع شدگی حجمی از انقباض حرارتی حاصل میشود و بر هر نوع پلیمر و تبلور برای پلیمرهای نیمه بلوری تأثیر می‌گذارد. این تغییرات حجم را هنگام تغییر مواد از حالت مایع به حالت جامد توصیف می کند. به طور کلی، پلاستیک‌ها می‌توانند حدود ۲.۵ درصد کوچک شوند و جمع شدن روی همه ابعاد تأثیر می گذارد. برای کاهش احتمال تاب‌خوردگی ناشی از انقباض، باید دمای یکنواختی در اطراف چاپگر داشته باشید.

پس در نتیجه در هنگام چاپ باید مقیاس جمع شدگی را با مقیاس گذاری مدل مورد نظر خود به سمت بالا جبران کنید.