مقدمه
یکی از بخش‌های مهم در پرینترهای سه بعدی FDM، فیلامنت می‌باشد. با پیشرفت در صنعت چاپگرهای سه بعدی، فیلامنت‌های مختلفی نیز تولید شدند. امروزه برندهای متعدد، اندازه‌های مختلف و طیف وسیعی از مواد جدید وجود دارد. یکی از سوالاتی که ذهن کاربران را به خود مشغول ساخته است چگونگی ساخت فیلامنت می‌باشد. فرآیند ساخت فیلامنت را می‌توان به 5 مرحله تقسیم کرد که با انتخاب مواد اولیه شروع می‌شود و با ساخت قرقره پایان می‌یابد.
در ادامه تلاش شده است تا با توجه به تنوع انواع فیلامنت‌ها و تنوع در نحوه ساخت آنها، روی مراحل اصلی مشترک تمرکز شود و روش تولید فیلامنت به طور کلی توضیح داده شود.
1) تولید پلاستیک
اولین مرحله در فرآیند ساخت فیلامنت، تولید پلاستیک است. در طول پالایش، نفت خام در یک کوره صنعتی گرم می شود که بسیاری از اجزای مختلف آن را جدا می کند. می‌توان گفت که نفتا، بیشترین نقش را در تولید پلاستیک دارد.
نفتا، کاتالیزورها و سایر اجزای شیمیایی در یک راکتور پلیمریزاسیون به صورت شیمیایی پیوند می خورند. سپس محصولات نفتای پلیمریزه شده ترکیب و فرآوری می شوند. این فرآیند شامل ذوب محصولات و مخلوط کردن آنها با مواد دیگر برای تشکیل پلاستیک است. سپس پلاستیک به دست آمده به قطعات کوچکی به نام گلوله یا رزین دانه بندی می شود.
تامین کنندگان پلاستیک معمولا گلوله ها و رزین های شفاف یا سفید را تولید می کنند. این امر به مصرف کنندگان آنها مانند فیلامنت سازها اجازه می دهد تا کنترل بیشتری بر فرآیند رنگ آمیزی داشته باشند.
در مقایسه با رول‌های فیلامنت موجود در بازار، گلوله‌ها بسیار ارزان هستند. البته این به این دلیل است که شرکت‌های فیلامنت، مواد خام را به محصولات نهایی تبدیل می‌کنند که قیمت آنها بر هزینه فرآیند تبدیل و همچنین حاشیه سود مورد نظر شرکت‌ها تأثیر می‌گذارد.
اگر مایل به انجام این کار هستید، می توانید با خرید گلوله ها به طور مستقیم از تامین کننده پلاستیک و ساختن فیلامنت در هزینه‌های خود صرفه جویی کنید. حتی محصولات تجاری برای تسهیل فرآیند ساخت فیلامنت وجود دارد.
2) آماده سازی
مرحله دوم در فرآیند ساخت فیلامنت، آماده سازی گلوله ها برای مرحله بعدی، یعنی شکل دادن است، جایی که آنها به شکل رشته مانند خود، جامد می شوند. گلوله ها در یک مخلوط کن صنعتی قرار می گیرند و با مواد افزودنی مخلوط می شوند تا یک ترکیب ثابت ایجاد کنند و خواص خاصی به فیلامنت بدهند.
افزودنی‌ها می‌توانند شامل رنگ‌ها باشند که رنگ را تعیین می‌کنند، یا چیزهای دیگری که به خواصی مانند مقاومت در برابر ضربه، استحکام، یکپارچگی ساختاری و حتی خواص مغناطیسی کمک می‌کنند. فیلامنت‌های خاص، مانند چوب، با مخلوط کردن مواد افزودنی خاص مانند خاک اره یا ذرات چوب با گلوله های پلاستیکی ساخته می شوند.
هنگامی که گلوله ها به درستی مخلوط شدند، به مرحله خشک شدن می روند. مانند فیلامنت، گلوله ها رطوبت سنجی هستند، به این معنی که رطوبت را از هوا جذب می کنند. این می تواند پلاستیک را تغییر شکل داده یا تخریب کند. بنابراین، حذف هر گونه رطوبت از گلوله ها برای اطمینان از تولید فیلامنت با کیفیت ضروری است. گلوله ها معمولاً در دمای 60 تا 80 درجه سانتی گراد برای چند ساعت خشک می شوند، اما این فرآیند بسته به نوع گلوله متفاوت است.
3) شکل دادن
سومین مرحله از فرآیند ساخت فیلامنت، شکل دادن به گلوله ها به شکل رشته ای است، فرآیندی که شامل گرمایش و سرمایش می شود. شاید بتوان گفت که این مرحله، اصلی‌ترین فرآیند تولید فیلامنت می‌باشد.
در بخش اول شکل دهی، گلوله ها به یک اکسترودر فیلامنتی که شامل یک محفظه گرمایشی است، وارد می شوند. در این محفظه تک تک گلوله ها به صورت یک ماده گوه‌ای ذوب می شوند تا به راحتی به آنها شکل داده شود. در این حالت، گلوله ها به یکدیگر متصل می شوند و به یک ماده ثابت و رشته ای تبدیل می شوند. مواد چسبنده رشته مانند که بیشتر به عنوان فیلامنت شناخته می شود، از محفظه گرمایش از طریق یک نازل گرد خارج می شود و به بخش خنک کننده می رود.
پس از اینکه فیلامنت از بخش گرمایش خارج شد، از داخل چندین محفظه آب کشیده می شود. محفظه اول پر از آب گرم است که عامل مهمی در دستیابی به یک فیلامنت گرد است. تنظیم دمای مناسب با توجه به مواد به جلوگیری از فیلامنت بیضی شکل کمک می کند که برای پرینت سه بعدی مشکل ساز است.
محفظه دوم پر از آب خنک است که فیلامنت را خنک می کند و آن را به شکل جدید جامد می کند. سرعت کشیده شدن فیلامنت قطر فیلامنت را تعیین می کند. سرعت کمتر باعث قطر بیشتر می شود، در حالی که سرعت بیشتر برعکس است.
4) قرقره کردن
در مرحله بعد برای ساخت فیلامنت، موتورها فیلامنت را از محفظه خنک کننده به مکانیسم قرقره می کشند. فرآیند قرقره کردن با اندازه گیری قطر فیلامنت توسط یک دستگاه لیزر شروع می شود تا اطمینان حاصل شود که در محدوده تحمل قطر هدف قرار دارد، به احتمال زیاد 1.75 میلی متر یا 2.85 میلی متر.
سپس فیلامنت به یک قرقره متصل می شود و اطراف آن پیچیده می شود. هنگامی که حسگرها تشخیص دادند که قرقره پر است، فیلامنت بریده شده و محکم می شود. فرآیند دوباره شروع می شود و قرقره بعدی را پر می کند تا زمانی که دسته فیلامنت تمام شود.
5) بسته‌بندی
آخرین مرحله ساخت فیلامنت، فرآیند آماده سازی قرقره ها برای فروش است. آنها با بسته بندی های مخصوص شرکت مارک گذاری می شوند که اغلب به شکل برچسب های مارک روی قرقره ها است. بسته بندی همچنین معمولاً شامل برچسب و بارکد برای اهداف تجاری و سازمانی است.
تمام این فرآیند بارها و بارها هر روز برای تامین ماده اولیه برای شما و چاپگر سه بعدی شما اتفاق می افتد. همانطور که می بینید، اطمینان از کیفیت بالای فیلامنتی که دریافت می کنید نیاز به توجه زیادی دارد. اکنون که یک بسته فیلامنت تازه وارد شده را پاره کردید، حس بهتری از تمام کارهایی که در پشت صحنه اتفاق می افتد خواهید داشت.
جمع‌بندی و نتیجه‌گیری
یکی از پرسش‌هایی که ذهن کاربران پرینتر سه بعدی را به خود مشغول کرده است، مراحل ساخت فیلامنت می‌باشد. به طور کلی فرآیند تولید فیلامنت را می‌توان در 5 مرحله خلاصه کرد:
1) ساخت پلاستیک
2) آماده‌سازی
3) شکل دادن
4) قرقره کردن
5) بسته‌بندی
تمامی این مراحل در شرکت‌های تولیدی فیلامنت انجام می‌شود و هر چه قدر که به درستی انجام شوند در کیفیت خروجی فیلامنت تاثیرگذار خواهند بود. از معتبرترین شرکت‌های تولید فیلامنت می‌توان به برندهای eSUN، Yousu، Porima، Creality و... اشاره کرد.