تسمه پولی – لید اسکرو : سیستم حرکتی مکانیک پرینتر سه بعدی FDM

در این مقاله میخواهیم درباره نحوه انتقال نیرو در محورهای حرکتی چاپگرهای سه بعدی صحبت کنیم و همچنین نکاتی که باید هنگام خرید بعنوان الزامات دستگاه در نظر بگیرید را شرح میدهیم. همه میدانیم که اکثر پرینترهای سه بعدی که در بازار میبینیم، به محور خطی  و مجموعه منتقل کننده حرکت باکیفیت خود متکی می باشند که نهایتا همه اینها به موتورهای استپر متصل میشود. کاربرد موتور الکتریکی در این است که نیروی برق را به حرکت چرخشی تبدیل میکند. خب این مقوله به چه درد چاپگر سه بعدی میخورد؟ حتما میگویید که به غیر از درایو اکستروژن، که در قسمت خاص خود پوشش داده شده است، حرکت چرخشی فایدۀ چندانی برای چاپ سه بعدی ندارد؛ پس باید چرخش موتور به حرکت خطی تبدیل شود. اجزایی که باعث می شوند چرخش موتور به حرکت خطی حامل منتهی شود، در مجموع بخش انتقال نیرو (Transmission) نامیده میشوند. دو نوع متفاوت از انتقال نیرو در چاپگرهای سه بعدی مورد استفاده قرار می گیرد:

• مبتنی بر تسمه: برای محورهای X و Y
• مبتنی بر پیچ و مهره : برای محور Z

بطور کلی در محورهای X و Y که نیاز به تحرک و انعطاف بالاتری هنگام چاپ سه بعدی هست از تسمه های دندانه دار که با پولی محورها کاملا چفت میشوند، استفاده میگردد. برای محور Z که سرعت مهم نیست ولی ثبات و ظرافت حرکت مهمتر میباشد  از پیچ و مهره انتقال استفاده میشود.

انتقال نیروی مبتنی بر تسمه در پرینتر سه بعدی

در انتقال مبتنی بر تسمه، یک کمربند لاستیکی مصنوعی تقویت شده با فیبرهای کششی قدرتمند (الیاف استیل، کِولار، فایبرگلاس و غیره) به هر دو سر حامل وصل می شود و اغلب حلقه‌ای بسته میسازد. یک پولی مخصوص، معروف به پولی تایمینگ، در این حلقه قرار می گیرد. پولی تایمینگ دارای شیارهایی است که با دندانه های موجود در تسمه جفت می شوند. وقتی موتور، پولی تایمینگ را می چرخاند، تسمه حرکت میکند. در یک دستگاه با سیستم ریل خطی مناسب (که حرکت حامل به یک جهت محدود شده باشد)، هنگام حرکت تسمه، حامل نیز به حرکت میافتد.

پولی های تایمینگ و تسمه در پهناها، گام ها (فاصلۀ بین دندانه های متوالی) و برش‌های دندانه ای مختلف عرضه می شوند. برش‌های دندانه ای GT برای چاپ سه بعدی بهینه شده است تا از مشکلاتی مثل لق شدن ، جهش به عقب یا گم‌گشتگیِ حرکت در هنگام تغییر جهتِ حرکت پولی توسط موتور جلوگیری شود. عرض تسمه و گام‌ رایج برای چاپ سه بعدی به ترتیب 6 میلیمتر و 2 میلیمتر می باشند.

نکته: کیفیت جنس تسمه و نحوه اسمبل ساختار تسمه و پولی تاثیر مستقیمی روی کیفیت چاپ دستگاه دارد. با شل شدن تسمه یا لقی، خطاهای پرینت ظاهر شده و نیاز دارید چاپگر خود را سرویسکاری کنید که مسلما هزینه و زمانبر بودن این باز تنظیم وقتی مداومت یابد، آزار دهنده خواهد بود. پس هنگام خرید یک چاپگر سه بعدی در بازار ایران به دنبال شرکتهای خوشنام از نظر کیفیت ساخت و سرویس پشتیبانی پس از فروش باشید. خدمات پس از فروش از مواردیست که در برخی تولیدکنندگان ایرانی پرینتر سه بعدی خیلی جدی گرفته نمیشود و بعدا با خرابی دستگاهتان دچار مشکلات زیادی خواهید شد.

برعکس چاپگر سه بعدی، دستگاه های CNC صنعتی از تسمه هایی با عرض و گام های بزرگ تر استفاده می کنند زیرا مجبور هستند حامل هایی به مراتب سنگین تر از حامل های پرینترهای سه بعدی را جابجا کنند. از لحاظ بصری، هر چه قطر پولی بزرگ تر باشد، محیط بیشتری را پوشش می دهد، به این معنی که هر بار چرخش پولی، تسمۀ بیشتری را جابجا می کند. بر همین اساس پولیِ تایمینگ قطرهای مختلفی دارد که در بازار فروشندگان قطعات مکانیک قابل بررسی و خرید هستید.

در محورهای X و Y پرینتر سه بعدی، سرعت حرکت تسمه تنها به سرعت چرخش استپر موتورها بستگی ندارد، بلکه به محیط پولی نیز وابسته است. محیطِ پولیِ تایمینگ معمولاً با تعداد دندانه ها تعیین می شود. یک پولیِ تایمینگِ 16 دندانه (به اختصار 16T) دارای محیطی کوچک تر از پولی تایمینگ 60T است. از لحاظ بصری، پولی های قطورتر دارای محیط بزرگ تری هستند و در هر چرخش تسمه را بیشتر جابجا می کنند. در چاپ سه بعدی که سرعت حمل بالا متداول است، از پولیِ 16T یا 20T استفاده می شود. چون استفاده از پولی بسیار بزرگ می تواند روی وضوح چاپگر تاثیر منفی بگذارد.

انتقال نیروی مبتنی بر لید – اسکرو در چاپگر سه بعدی

این روش عمدتا برای محور Z پرینترهای سه بعدی بکار میرود و حرکت طوری مهار میشود که حامل بتدریج به سمت پایین حرکت خطی داشته باشد. بعبارت دیگر، انتقال مبتنی بر پیچ بسیار شبیه به این است که مهره‌ای درون پیچی در حال چرخش، به سمت بالا و پایین حرکت کند و اگر در هنگام چرخش پیچ از چرخیدن مهره جلوگیری شود، حرکت مهره کاملاً خطی خواهد شد. در اینجا هم اهمیت دارد که حامل هنگام حرکت به سمت بالا و پایین، روی ریل نلرزد و تکان نخورد، زیرا ممکن است این لرزش سبب ایجاد مشکلِ گم‌گشتگی یا خطای شیفت در قطعه در حال پرینت شود.

 «مهره‌ ها» و «پیچ های» مورد استفاده در این روش پیچیده تر هستند. پیچ انتقال (که با نام پیچ قدرت نیز شناخته می شود)، دارای رشتۀ مخصوصی است که امکان انتقال نیرو به مهره را فراهم می کند؛ )مهره‌ ای که به حامل متصل می شود(. پیچ های انتقال که اغلب در چاپگرهای سه بعدی استفاده می شوند، دارای ویژگی های زیر هستند:

• 4 استارت،
• 2 میلیمتر گام،
• 8 میلیمتر لید.
• نمی خواهیم همۀ این مشخصات را بررسی کنیم، اما 8 میلیمتر لید به این معنی است که یک مهرۀ مناسب باید در هر چرخش پیچ 8 میلیمتر حرکت کند.
  

نمونه محصولات حاملهای انتقال نیرو در پرینترهای سه بعدی

در باکس زیر محصولاتی جهت درک بهتر این موضوع معرفی میشوند. بسته به محلی که قصد دارید پرینتر سه بعدی بخرید یا بسازید، این قطعات ممکن است موجود باشند یا نباشند. بهتر است محصولات زیر را به عنوان نمونه در نظر بگیرید و محصولات مشابه را در اینترنت بررسی کنید.