در دنیای پرینتر سه بعدی، ساپورت نقشی حیاتی در فرآیند ساخت و کیفیت نهایی قطعات ایفا می‌کند. ساپورتها ساختارهای موقتی هستند که به منظور پشتیبانی از بخش‌های مختلف مدل سه‌بعدی در حین چاپ استفاده می‌شوند. بدون استفاده از ساپورتها، بخش‌هایی از مدل که در هوا معلق هستند و یا زاویه‌های تند دارند، ممکن است به درستی چاپ نشوند و ساختار نهایی با مشکلاتی مواجه شود. ساپورتها به جلوگیری از افتادگی و تغییر شکل مدل کمک می‌کنند و پس از اتمام چاپ به راحتی قابل جدا شدن هستند.
در این مقاله، به بررسی نقش و اهمیت ساپورتها در پرینتر سه بعدی خواهیم پرداخت و انواع مختلف ساپورتها و روش‌های استفاده بهینه از آنها را مورد بحث قرار خواهیم داد. همچنین، نکات کاربردی برای بهبود کیفیت چاپ و کاهش هدررفت مواد در اثر استفاده نادرست از ساپورتها را ارائه می‌دهیم. اگر به دنبال درک بهتر فرآیند پرینت سه‌بعدی و بهینه‌سازی پروژه‌های خود هستید، ادامه این مقاله می‌تواند راهنمایی جامع و کاربردی برای شما باشد.
چرا ساپورت ها در پرینتر سه بعدی ضروری هستند؟
برای استفاده درست از انواع پرینترهای سه بعدی صنعتی می بایست از ساپورت ها که به عنوان ساختار موقت برای بخش‌هایی از مدل که در هوا معلق هستند و یا زوایای تند دارند ، به کار برود. در فرآیند چاپ سه‌بعدی، لایه‌ها به تدریج بر روی یکدیگر قرار گرفته و وقتی بخشی از مدل بدون هیچ پشتیبانی در هوا معلق می شود، مواد چاپ دیگر نمی‌توانند به درستی در جای خود قرار بگیرند و مدل ممکن است دچار افتادگی یا تغییر شکل بشود. ساپورتها در این قسمت به عنوان پایه‌ای موقتی که بخش‌های معلق را در جای خود باید نگه دارد، وارد عمل می شود. بسیاری از مدل‌های سه‌بعدی دارای زوایا و ساختارهای پیچیده‌ای هستند که بدون ساپورت چاپ آنها غیرممکن است. ساپورتها به چاپگر اجازه می‌دهند تا این بخش‌های پیچیده را با دقت و استحکام بالا ایجاد کند، بدون اینکه نگران افتادگی یا تغییر شکل باشد.
همچنین در غیاب ساپورتها، بخش‌های معلق مدل با سطح پایین‌تری چاپ می شوند که منجر به کاهش کیفیت نهایی مدل خواهد شد، استفاده از ساپورتها دی اینجا کمک می کند تا سطوح صاف و تمیز باقی بمانند و کیفیت چاپ بهبود یابد. چاپ مدل گاه ممکن است منجر به شکست‌های مکرر و هدررفت مواد بشود ولی ساپورتها کمک می‌کنند تا فرآیند چاپ به صورت پایدارتر و با کمترین میزان هدررفت مواد انجام بشود.
انواع ساپورتهای مورد استفاده در پرینترهای سه بعدی
در پرینترهای سه‌بعدی، ساپورتها به منظور پشتیبانی از بخش‌های معلق و پیچیده مدل‌ها در طول فرآیند چاپ استفاده می‌شوند. انواع مختلف ساپورتها به طور خاص برای نیازهای متفاوت طراحی شده‌اند و هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای منحصر به فرد خود را دارند. ولی این نکته قابل ذکر است که ساپورت ها به طور صحیح از قطعات چاپ شده جدا شوند، مثلا حذف ساپورت در چاپ FDM یک فرآیند مهم است که بر کیفیت نهایی قطعه اثرگذار می باشد.
1. ساپورتهای خطی
. ساپورتهای مشبک:
این نوع ساپورتها به صورت شبکه‌ای از خطوط افقی و عمودی طراحی می‌شوند. این ساختار شبکه‌ای، پشتیبانی مناسبی برای بخش‌های بزرگ و مسطح مدل‌هایی که در هوا معلق هستند، فراهم می‌کند. این ساپورتها نسبتاً آسان برای حذف هستند و معمولاً برای مدل‌هایی با سطوح معلق بزرگ استفاده می‌شوند.
. ساپورتهای ستونکی:
این ساپورتها به صورت ستون‌هایی با پایه‌های متفاوت طراحی می‌شوند. هر ستون به نقاط مختلف مدل متصل شده و از آنها پشتیبانی می‌کند. این نوع ساپورتها معمولاً برای مدل‌هایی با بخش‌های معلق کوچک‌تر و نقاط تماس محدود مناسب است.
2. ساپورتهای لانه‌زنبوری
این نوع ساپورتها دارای ساختار شبکه‌ای با الگوی لانه‌زنبوری هستند که به دلیل سبک بودن و استفاده کم از مواد، بهینه شده‌اند. این ساپورتها به خوبی می‌توانند بخش‌های معلق را پشتیبانی کنند و به راحتی از مدل جدا می‌شوند. ساختار لانه‌زنبوری موجب کاهش مصرف مواد و همچنین کاهش وزن ساپورتها می‌شود.
3. ساپورتهای خطی به هم پیوسته
این ساپورتها به شکل درختی از یک پایه مرکزی منشعب می‌شوند و به نقاط مختلف مدل می‌رسند. ساختار شاخه‌ای این ساپورتها باعث می‌شود که به میزان کمتری از مواد استفاده شده و در عین حال پشتیبانی مؤثری از بخش‌های معلق صورت گیرد. این نوع ساپورتها به ویژه برای مدل‌های پیچیده با چندین بخش معلق مفید هستند و به دلیل صرفه‌جویی در مواد و سهولت در جداسازی، بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند.
4. ساپورتهای محلول
. ساپورتهای محلول در آب:
این ساپورتها از مواد حلال در آب ساخته می‌شوند که پس از پایان چاپ به راحتی با آب حل می‌شوند. این نوع ساپورتها به ویژه برای مدل‌های پیچیده‌ای که نیاز به پشتیبانی درون مدل دارند، مناسب است. با استفاده از ساپورتهای محلول، پس از حل شدن ساپورت، سطح نهایی مدل صاف و بدون نشانه‌ای از ساپورت باقی می‌ماند.
. ساپورتهای محلول در مواد شیمیایی: مشابه ساپورتهای محلول در آب، این نوع ساپورتها در مواد شیمیایی خاصی حل می‌شوند که ممکن است برای بعضی مواد چاپی مناسب‌تر باشند.
5. ساپورتهای دمایی
این ساپورتها معمولاً با استفاده از پرینترهای سه‌بعدی که دارای دو نازل هستند، تولید می‌شوند. نازل اول برای چاپ مدل و نازل دوم برای چاپ ساپورتهای دمایی استفاده می‌شود. ساپورتهای دمایی با تغییر دما به راحتی از مدل جدا می‌شوند، که این ویژگی می‌تواند در بهبود کیفیت چاپ و کاهش نیاز به ابزارهای جداسازی کمک کند.
6. ساپورتهای چسبنده
این نوع ساپورتها به طور موقت به مدل چسبیده و پس از پایان چاپ با فشار یا ابزارهای ساده قابل جدا شدن هستند. آنها معمولاً برای مدل‌هایی که نیاز به پشتیبانی موقت دارند و در عین حال جداسازی آنها پس از چاپ آسان است، استفاده می‌شوند. این ساپورتها به ویژه برای مدل‌هایی با اشکال ساده و کم‌جزئیات مناسب هستند.
چگونه ساپورت ( support ) در فرآیند پرینت سه بعدی کار می کند؟
در فرآیند چاپ سه‌بعدی، ساپورتها به عنوان عناصر کلیدی برای پشتیبانی از بخش‌های معلق و پیچیده مدل‌ها عمل می‌کنند. این ساختارهای موقتی به‌ویژه در مواردی که مدل دارای بخش‌هایی است که در هوا معلق یا زاویه‌های تند دارند، ضروری هستند. بدون استفاده از ساپورتها، لایه‌های چاپ شده نمی‌توانند به درستی روی یکدیگر قرار گیرند و ممکن است دچار افتادگی یا تغییر شکل شوند. ساپورتها با ایجاد یک ساختار موقتی زیر بخش‌های معلق، از فشار و وزن ناشی از فرآیند چاپ جلوگیری می‌کنند و به مدل اجازه می‌دهند تا به درستی و با کیفیت بالا چاپ شود.
ساپورتها معمولاً توسط نرم‌افزارهای پرینت سه‌بعدی به طور خودکار طراحی می‌شوند و به طور خاص بر اساس نیازهای مدل و پیچیدگی آن تنظیم می‌شوند.
پس از اتمام چاپ، مرحله حذف ساپورتها از مدل آغاز می‌شود. این مرحله به روش‌های مختلفی انجام می شود، از جمله استفاده از ابزارهای دستی، فشار یا مواد حلال، که انتخاب نوع مناسب ساپورت و روش‌های حذف آن تأثیر زیادی بر کیفیت نهایی مدل خواهد داشت. با استفاده از ساپورتهای مناسب و اجرای صحیح فرآیند حذف آنها، می‌توان از کیفیت سطح نهایی مدل اطمینان حاصل کرده و مدل‌های چاپی با دقت و زیبایی بیشتری تولید کرد.
اصول طراحی ساپورت برای پرینت سه بعدی
در اصول طراحی ساپورت با ید به یک سری نکات توجه خاصی نمود و مراتب را مرحله به مرحله طی کرد. یکی از عوامل مهم در تعیین نیاز ساپورت اورهنگ می باشد. یعنی اگر زاویه اورهنگ بیش از ۴۵ درجه باشد، قطعه نیاز به ساپورت دارد. این بدان معنی است که سطوحی که بیشتر از ۴۵ درجه از سطح افقی منحرف می‌شوند، نمی‌توانند بدون ساپورت چاپ شوند، زیرا لایه‌های بالاتر به درستی روی لایه‌های زیرین قرار نمی‌گیرند. مراحل بعدی به ترتیب در مطالب پایین آورده شده است.
. فاصله ساپورت:
فاصله بین ساپورت و قطعه باید به دقت تنظیم شود. اگر فاصله بسیار کم باشد، ساپورت به قطعه می‌چسبد و جداسازی آن دشوار می‌شود. اگر فاصله بسیار زیاد باشد، ساپورت نمی‌تواند به درستی از قطعه حمایت کند. فاصله معمولاً بین 0.2 تا 0.4 میلی‌متر تنظیم می‌شود تا تعادل مناسبی بین حمایت و جداسازی آسان برقرار شود.
. شکل ساپورت:
شکل ساپورت تأثیر زیادی بر راحتی جداسازی و کیفیت سطح قطعه دارد. استفاده از ساختارهای خطی یا شبکه‌ای معمولاً بهترین نتیجه را می‌دهد. این ساختارها به راحتی قابل جداسازی هستند و سطح قطعه را به حداقل آسیب می‌رسانند. در برخی موارد، استفاده از ساختارهای درختی (Tree-like) نیز ممکن است مؤثر باشد، زیرا این نوع ساپورتها می‌توانند وزن بیشتری را با مصرف مواد کمتر حمایت کنند.
. مواد ساپورت:
انتخاب مواد مناسب برای ساپورت بستگی به مواد اصلی قطعه دارد. برخی چاپگرهای سه‌بعدی امکان استفاده از دو ماده مختلف را دارند: یک ماده برای قطعه اصلی و یک ماده قابل حل در آب یا با دمای ذوب پایین برای ساپورت. این امکان باعث می‌شود که ساپورتها به راحتی از قطعه جدا شوند و سطح نهایی قطعه بدون نقص باشد.
. چگالی ساپورت:
چگالی ساپورت باید به گونه‌ای تنظیم شود که استحکام کافی برای حمایت از قطعه را فراهم کند، ولی همزمان مصرف مواد و زمان چاپ را افزایش ندهد. چگالی ساپورت معمولاً بین 15-25 درصد تنظیم می‌شود. افزایش چگالی ساپورت می‌تواند حمایت بیشتری فراهم کند، اما مصرف مواد و زمان چاپ را نیز افزایش می‌دهد.
. ارتفاع لایه‌ها:
ارتفاع لایه‌ها در ساپورتها باید مشابه یا کمی بیشتر از ارتفاع لایه‌های قطعه اصلی باشد. اگر ارتفاع لایه‌ها در ساپورتها خیلی کم باشد، زمان چاپ افزایش می‌یابد و اگر خیلی زیاد باشد، ساپورت نمی‌تواند به درستی از قطعه حمایت کند.
تفاوت ساپورتها در چاپ با PLA ، ABS وPETG
ساپورت ها به عنوان مواد موقت در چاپ سه بعدی استفاده می شوند ولی در مقابل PLA، ABS و PETG همگی بهترین فیلامنت های پرینتر سه بعدی هستند که برای چاپ قطعات نهایی استفاده می شوند. به ترتیب PLA برای چاپ آسان و تجزیه پذیری زیستی محبوب شده است، مواد ABS به دلیل استحکام بالا و مقاومت در برابر ضربه و حرارت مناسب گردیده است و در آخر PETG به دلیل انعطاف پذیری و پایداری شیمیایی و حرارتی به کار می رود.
. تفاوت ساپورتها در چاپ با PLA
ساپورتها و PLA هر دو اجزای مهمی در چاپ سه‌بعدی هستند اما کاربردهای متفاوتی دارند. ساپورتها ساختارهای موقتی هستند که برای حمایت از بخش‌های معلق و پیچیده قطعه در حین چاپ استفاده می‌شوند و پس از اتمام چاپ جدا و دور ریخته می‌شوند. مواد ساپورت از همان ماده قطعه اصلی یا مواد خاصی مانند PVA هستند که در حلال حل می‌شوند. در مقابل، PLA یک فیلامنت از پلی‌لاکتیک اسید است که به عنوان ماده اصلی برای چاپ قطعات نهایی استفاده می‌شود و به دلیل سازگاری با محیط زیست، چاپ آسان و جزئیات بالا بسیار محبوبی دارد و پس از چاپ نیازی به جداسازی ندارد.
. تفاوت ساپورتها در چاپ با ABS
ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی ساپورتها بستگی به ماده‌ای دارد که از آن ساخته شده‌اند. ساپورتها باید به اندازه کافی محکم باشند تا از قطعه حمایت کنند ولی به راحتی جدا شوند تا به سطح قطعه آسیب نرسانند. ABS دارای استحکام بالا، مقاومت در برابر ضربه و حرارت، و دوام طولانی‌مدت است و همچنین متریال ABS در پرینتر سه بعدی یک نوع فیلامنت ترمو پلاستیک است که به طور گسترده در چاپ سه بعد استفاده می شود. این ویژگی‌ها آن را برای ساخت قطعات کاربردی، قطعات مکانیکی، و محصولات مصرفی مناسب می‌کند.
. تفاوت ساپورتها در چاپ با PETG
ماهیت و کاربرد ساپورتها با PETG تفاوت دارد. ساپورتها ساختارهای موقتی هستند که برای حمایت از بخش‌های معلق یا پیچیده قطعه در حین چاپ سه‌بعدی استفاده می‌شوند. آنها نقش حمایتی دارند و پس از اتمام فرآیند چاپ جدا و دور ریخته می‌شوند. هدف اصلی ساپورتها جلوگیری از افتادگی یا نقص در قسمت‌های اورهنگ و جزییات پیچیده قطعه است. در حالی که PETG یک نوع فیلامنت ترموپلاستیک است که برای چاپ قطعات نهایی استفاده می‌شود. و به دلیل ترکیب خواص مکانیکی عالی، مقاومت در برابر ضربه، انعطاف‌پذیری و پایداری شیمیایی، محبوبیت زیادی در بین کاربران چاپ سه‌بعدی دارد.
بهینه سازی ساپورتها برای چاپ سه بعدی
در چاپ سه‌بعدی، ساپورتها برای نگهداری و پشتیبانی از بخش‌های معلق یا پیچیده مدل‌ها به کار می روند و وجود آن ها ضروری می باشد. اما مصرف زیاد مواد برای ساپورتها می‌تواند هزینه‌ها و زمان چاپ را افزایش دهد. بهینه‌سازی ساپورتها به معنای کاهش این مصرف و بهبود کارایی فرآیند چاپ است. این بهینه‌سازی نه‌تنها به صرفه‌جویی در مصرف مواد کمک می‌کند بلکه می‌تواند بر کیفیت نهایی قطعات نیز تأثیر مثبت بگذارد.
. چگونه مصرف مواد ساپورت را در چاپ سه بعدی کاهش دهیم؟
با تغییر طراحی مدل و کاهش زاویه اورهنگ به کمتر از 45 درجه، می‌توان نیاز به ساپورتها را کاهش داد. این کار می‌تواند با تنظیم شیب‌ها یا تغییرات کوچک در زاویه‌های سطح انجام شود. همچنین افزودن تکیه‌گاه‌ها یا پل‌های داخلی در طراحی مدل، تنظیم چگالی ساپورت در نرم‌افزار برش‌زن، استفاده از الگوهای ساپورت کم‌مصرف، تنظیم فاصله ساپورتها و در نهایت استفاده از مواد ساپورت قابل حل که در آب یا حلال‌های خاص حل می‌شوند، می‌تواند به کاهش مصرف مواد و آسانی در جداسازی کمک کند.
. راه های بهینه سازی ساپورت ها برای چاپ با پرینترهای چند رنگ
1. انتخاب نوع ساپورت مناسب:
با استفاده از ساپورتهای قابل حل در مایع یا گزینه‌های هوشمند برای کاهش نیاز به حذف مکانیکی، می‌توانید مصرف مواد را کاهش دهید.
2. طراحی هوشمندانه ساپورتها:
تغییر در طراحی مدل و استفاده از نرم‌افزارهای طراحی پیشرفته که ساپورتها را بهینه‌سازی می‌کنند، می‌تواند نیاز به ساپورتها را کاهش دهد.
3. تنظیم پارامترهای چاپ:
تنظیم ضخامت لایه، تراکم ساپورتها و استفاده از ویژگی‌های پرینتر مانند ساپورتهای قابل تنظیم، به کاهش مصرف مواد کمک می‌کند.
4. استفاده از تکنولوژی چاپ چند رنگ:
پرینترهای چند رنگ می‌توانند با استفاده از مواد مختلف، نیاز به ساپورتها را کاهش دهند و فرآیند چاپ را بهینه‌تر کنند.
. تاثیر بهینه سازی ساپورتها بر کیفیت سطحي قطعات
بهینه‌سازی و تاثیر ساپورت ها بر کیفیت چاپ می‌تواند منجر به کاهش نیاز به پردازش سطحی اضافی و بهبود کیفیت نهایی قطعه شود. کاهش میزان ساپورتها به معنای کاهش نواقص سطحی و افزایش دقت ابعادی قطعات است، زیرا نیاز به حذف یا اصلاح ساپورتها کمتر می‌شود. این امر نه‌تنها به بهبود ظاهر قطعه کمک می‌کند بلکه زمان و هزینه‌های اضافی را نیز کاهش می‌دهد.
استفاده از تکنولوژی های جدید در طراحی ساپورت
تکنولوژی‌های جدید در طراحی ساپورتها به طرز چشمگیری بهبود یافته‌اند و به مهندسان و طراحان این امکان را می‌دهند که ساپورت‌هایی با دقت و کارایی بالاتر تولید کنند. این پیشرفت‌ها عمدتاً به دلیل توسعه فناوری‌های پرینت سه‌بعدی و نرم‌افزارهای طراحی پیشرفته است. این تکنولوژی‌های پیشرفته به طور کلی موجب افزایش دقت و کارایی در فرآیند طراحی و تولید ساپورتها می‌شوند و در نتیجه، محصولات نهایی با کیفیت بالاتری به دست می‌آید.
. استفاده از پرینترهای چند نازله برای ایجاد ساپورتهای ترکیبی
پرینترهای چند نازله قادرند تا با استفاده از چندین نوع ماده مختلف به طور همزمان، ساپورت‌هایی با ویژگی‌های ترکیبی تولید کنند. این تکنولوژی به معنای این است که می‌توان از مواد با ویژگی‌های مختلف مانند استحکام، انعطاف‌پذیری، و قابلیت حل شدن در مایعات مختلف، در یک فرآیند پرینت استفاده کرد. برای مثال، می‌توان ساپورت‌هایی با بخش‌هایی که در برابر فشار بالا مقاوم هستند و در عین حال بخش‌هایی که قابلیت حل شدن دارند، تولید کرد. این ویژگی‌ها به طراحان این امکان را می‌دهد که پیچیدگی‌های بیشتری را در طراحی محصولات ایجاد کنند و همچنین هزینه و زمان تولید را کاهش دهند.
. استفاده از پرینترهای سه بعدی هوشمند برای طراحی خودکار ساپورت ها
پرینترهای سه‌بعدی هوشمند با استفاده از الگوریتم‌های پیشرفته و نرم‌افزارهای طراحی خودکار، ساپورت‌هایی را تولید می‌کنند که به طور خودکار و بهینه برای نیازهای خاص طراحی شده‌اند. این پرینترها می‌توانند مدل‌های پیچیده را با دقت بالا ایجاد کنند و نیاز به طراحی دستی ساپورتها را کاهش دهند. از طریق تحلیل‌های خودکار و پیش‌بینی نیازهای ساخت، این پرینترها می‌توانند ساپورت‌هایی را تولید کنند که در طول فرآیند پرینت کمترین میزان ضایعات و مشکلات را داشته باشند. به علاوه، این فناوری می‌تواند به طور خودکار ویژگی‌های مورد نیاز ساپورتها را مانند ضخامت، چگالی و شکل‌های خاص تعیین کند، که به بهبود کیفیت و عملکرد نهایی محصول کمک می‌کند.
نتیجه گیری
ساپورتها در پرینترهای سه‌بعدی نقش حیاتی در فرآیند تولید قطعات پیچیده ایفا می‌کنند. آنها به حفظ ساختار و دقت اجزای پرینت شده کمک می‌کنند و در نهایت به بهبود کیفیت و عملکرد محصولات نهایی منجر می‌شوند. با پیشرفت تکنولوژی، استفاده از پرینترهای چند نازله و هوشمند به طرز قابل توجهی کارایی و دقت در طراحی و تولید ساپورتها را افزایش داده است. پرینترهای چند نازله امکان تولید ساپورتهای ترکیبی با ویژگی‌های متنوع را فراهم می‌آورند، در حالی که پرینترهای سه‌بعدی هوشمند با طراحی خودکار ساپورتها، فرآیند طراحی را بهینه کرده و زمان و هزینه‌ها را کاهش می‌دهند. این پیشرفت‌ها به طراحان و مهندسان این امکان را می‌دهند که به طراحی‌های پیچیده‌تر و با کیفیت‌تری دست یابند و در نهایت، محصولات نهایی با کارایی و دقت بیشتری تولید شوند.