دور درجة حرارة الفوهة في أنظمة الطباعة متعددة المواد

يوجد إمكانات رائعة مع الطباعة ثلاثية الأبعاد متعددة المواد، فكّر في المفاصل المرنة ضمن كائنات صلبة، التدرّجات اللونية لتبدو أو تعمل بطريقة معينة، أجزاء ذات خصائص وظيفية متدرجة. ومع ذلك، فإن درجة حرارة الفوهة هي المعلمة الأكثر أهمية التي يجب إتقانها لتحقيق دمج سلس بين البلاستيكيات المختلفة. إنها أكثر بكثير من مجرد إذابة الخيط، بل هي المايسترو الذي يوجّه موسيقى المواد المختلفة في طباعتك.

الحتمية في نقطة الانصهار

يجب أن تتماشى درجة حرارة الفوهة بشكل دقيق مع المتطلبات الحرارية لكل المواد التي يتم بثقها. لكل نوع من البوليمر نطاق معين لدرجة الانصهار أو نطاق درجات حرارة الانتقال الزجاجي. يتطلب التبديل بين مادتي PLA (حوالي 200-220 درجة مئوية) و PETG (حوالي 230-250 درجة مئوية) تغييرًا كبيرًا في درجة الحرارة. إذا كانت درجة الحرارة منخفضة للغاية، فلن تذوب الخيوط الجديدة، مما يؤدي إلى انسدادات وتفريغ غير كافٍ وطبقات غير محتملة. أما إذا كانت الحرارة مرتفعة جدًا، فسوف تتعرض المادة الموجودة مسبقًا (في الفوهة أو بالقرب من منطقة الطباعة) إما للتدهور أو الاحتراق أو فقدان سلامتها الهيكلية. التحكم الدقيق في درجة الحرارة حسب نوع المادة ليس خيارًا متاحًا.

الغراء الذي يربط: التماسك بين الطبقات

وراء عملية الذوبان المنفصلة، يحدث السحر عند نقطة التقاء المواد. إن التصاق الطبقات والمواد المختلفة بشكل جيد له أهمية قصوى فيما يتعلق بقوة ووظيفة القطعة. الدور الرئيسي هنا هو درجة حرارة الفوهة. عند وضع طبقة جديدة، يجب أن تكون حالته المنصهرة ساخنة بدرجة كافية لإعادة ذوبان سطح الطبقة الموجودة أدناه، مما يسمح بالالتفاف الجزيئي عبر واجهة المادة. هذه الإعادة للذوبان لا تكون كافية في كل حالة عندما تكون درجة الحرارة عند الواجهة أقل من الدرجة المطلوبة من قبل أي من المواد، مما يؤدي إلى التصاق ضعيف، وخطوط طبقات واضحة للعين، فضلاً عن عرضة القطع لانفصال الطبقات تحت الإجهاد.

ترويض الوحش الحراري: الانحناء والإجهاد

من الشائع أن تتميز الطباعة متعددة المواد باستخدام بلاستيكيات تمتلك معاملات توسّع حراري وخصائص تبريد تختلف بشكل كبير. فمثلاً، ينكمش مادة ABS بشكل أكبر بكثير عند التبريد مقارنةً ببلاستيك PLA الذي يتميز بانكماش منخفض. عندما يتم طباعة مادة ذات انكماش مرتفع فوق طبقة متصلبة من مادة ذات انكماش منخفض، تنشأ قوى هائلة من الإجهاد الداخلي على واجهة الاتصال بينهما بسبب اختلاف درجة الانكماش. وغالبًا ما يؤدي ذلك إلى حدوث تشوهات مثل الالتواء أو التشقق أو حتى الانفصال التام أسفل حدود المادة. ويمكن مواجهة هذه المشكلة باستخدام تحكّم استراتيجي في درجة حرارة الفوهة. في بعض الحالات، يؤدي خفض درجة الحرارة الخاصة بالمادة ذات الانكماش العالي بشكل طفيف إلى تقليل القوة القصوى للانكماش. وفي حلّ بديل أكثر، يمكن الاستفادة من حقيقة أن الطبقة الموجودة أسفلًا تظل دافئة قليلاً (ولكنها غير مُصهَنة) أثناء طباعة المادة الجديدة فوقها، مما يساعد في تسهيل انتقال حراري أقل حدة، كما يساهم في تخفيف تركيز الإجهاد.

تحقيق التوازن

إن التحكم في درجة حرارة الفوهة أثناء الطباعة متعددة المواد هو عمل توازن ديناميكي. ويشمل ذلك معرفة الملامح الحرارية لكل المواد المعنية وكذلك تفاعلها. هناك عدد من النقاط الاستراتيجية الرئيسية، ومنها:

١. ملفات المواد الدقيقة: ضبط درجة الحرارة المثلى لكل المواد بدقة وتخزينها.

٢. التبديل الديناميكي: التأكد من أن تغيير المواد يتم بسرعة وبدقة، بحيث تستطيع الطابعة الوصول إلى درجة الحرارة المستهدفة بدقة.

٣. تحسين الواجهة: تجربة تعديل طفيف في درجات الحرارة (تقليلها أو زيادتها قليلاً) في طبقات الانتقال بين المواد لتعزيز التصاقها ببعضها.

٤. مراعاة التبريد: التحكم في درجة حرارة الفوهة مقابل سرعة مروحة تبريد القطعة لضبط معدل التصلب وتقليل إجهاد التشويه.

الموصل الحرج

توجد مجموعة من المعايير التي يجب أن يتبعها أي شخص لإنجاز طباعة متعددة المواد: ارتفاع الطبقة، السرعة، الانسحاب، ولكن المهم بحق هو درجة حرارة الفوهة. فهي تحدد مدى دقة انصهار المواد واتصالها وتحملها داخل بعضها البعض بقوى داخلية غير مدمرة. من خلال الانتباه إلى متطلبات الحرارة المختلفة لكل خيط على حدة وكيفية تفاعلها عند الحدود، ستنتقل تحكم درجة حرارة الفوهة من كونه مجرد معيار يحتاج إلى ضبط ليصبح مكونًا رئيسيًا يمكنه جعل الهياكل متعددة المواد المعقدة والمفيدة حقًا والمتكاملة بالكامل حقيقة واقعية. خذ وقتك لتتعلم وتتعرف عليه جيدًا، وستكون طباعاتك أفضل وأكثر اتساقًا كمكافأة.