قبلاً به طور مفصل درباره چیستی نازل سه بعدی و اهمیتی که در پرینت دارد صحبت کردیم. ولی وقتی صحبت از انتخاب و خرید نازل مناسب می‌شود، انتخاب انواع نازل و جنس آنها اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. انتخاب نازل تأثیر عمیقی بر کیفیت چاپ، طول عمر و کارایی دارد. همچنین نوع ماده‌ای که نازل از آن ساخته شده است تعیین می‌کند که چگونه با فیلامنت‌های مختلف کار می‌کند، چقدر دوام می‌آورد و چه میزان به نگهداری نیاز دارد. در این مقاله، نگاهی عمیق‌تر به انواع نازل‌ها و جنس آنها، نقاط قوت، ضعف‌ها و بهترین موارد استفاده برای هر یک خواهیم داشت.
1. نازل‌های برنجی
نازل‌های برنجی رایج‌ترین انواع نازل‌هایی هستند که در دنیای پرینترهای سه بعدی در سایزهای مختلف خواهید دید و دلیلی خوبی هم برای آن وجود دارد. این نازل‌ها با فیلامنت‌های استاندارد و غیرساینده مانند PLA، ABS و PETG به خوبی و بهینگی کار می‌کنند. خواص حرارتی و مقرون‌به‌صرفه بودن، نازل رنجی را به انتخاب پیش‌فرض برای اکثر کاربران تبدیل کرده است و اصول راهنمای زیادی در خصوص رفع مشکلات رایج آن وجود دارد.
نازل‌های برنجی از آلیاژی از مس و روی ساخته شده‌اند که هدایت حرارتی عالی دارند. هدایت حرارتی بالا به این معنی است که نازل به سرعت گرم می‌شود و گرما را به طور یکنواخت در مسیر خروج توزیع می‌کنند. حرارت مناسب خروج روان فیلامنت را تضمین می‌کند و مشکلات کم‌خروجی یا جریان ناهموار فیلامنت را به حداقل می‌رساند.
موارد استفاده گسترده نازل‌های برنجی
نازل‌های برنجی معمولاً با فیلامنت‌های غیرساینده استفاده می‌شوند، و همچنین می‌توانند در سیستم‌های چاپ چندرنگ که شامل ذرات ساینده نیستند نیز استفاده شوند. در هر صورت، نازل‌های برنجی می‌توانند با فرکانس بالاتر و بدون تأثیر قابل‌توجه بر هزینه جایگزین شوند. همین امر موجب شده است این نازل‌ها برای استفاده در پرینترهای چند اکسترودر که تعویض نازل در آنها مکرر است، ایده‌آل باشد.
طول عمر نازل‌های برنجی
طول عمر نازل برنجی کاملاً به فیلامنت مورد استفاده بستگی دارد. نازل برنجی با فیلامنت‌های استاندارد مانند PLA و ABS، می‌تواند صدها ساعت پرینت بدون علائم سایش داشته باشد. ولی هنگام مواجهه با مواد ساینده‌تر، عمر نازل به شدت کاهش می‌یابد.
2. نازل‌های فولاد ضد زنگ
نازل‌های فولاد ضد زنگ بادوام‌تر از برنج هستند و مزایای خاصی دارند که آنها را برای کاربردهای تخصصی مانند چاپ ایمن برای غذا یا چاپ فیلامنت انعطاف‌پذیر مناسب می‌سازد. فولاد ضد زنگ ترکیبی از آهن، کربن و کروم است و محتوای کروم آن را در برابر خوردگی، اکسیداسیون و آلودگی سرب مقاوم می‌کند.
موارد استفاده گسترده نازل‌های فولاد ضد زنگ
کروم در فولاد ضد زنگ با اکسیژن واکنش می‌دهد و یک لایه اکسید نازک تشکیل می‌دهد که از زنگ‌زدگی و خوردگی جلوگیری می‌کند. این باعث می‌شود نازل‌های فولاد ضد زنگ برای چاپ در محیط‌های مرطوب یا با فیلامنت‌های هیدروسکوپیک مانند نایلون که تمایل به جذب رطوبت از هوا دارند، ایده‌آل باشند. بر خلاف برنج که حاوی مقادیر کمی سرب است، نازل‌های فولاد ضد زنگ کاملاً بدون سرب هستند و آنها را برای تولید اقلام غذایی مانند ابزارهای آشپزخانه سفارشی، برش‌های کوکی یا وسایل پزشکی ایمن می‌سازد. البته مهم است که این نازل‌ها را با فیلامنت‌های ایمن برای غذا جفت کنید تا اطمینان حاصل شود که چاپ نهایی برای استفاده ایمن است.
فیلامنت‌های انعطاف‌پذیر و نازل‌های فولاد ضد زنگ
فیلامنت‌های انعطاف‌پذیر مانند TPU (پلی‌یورتان ترموپلاستیک) و TPE (الاستومر ترموپلاستیک) می‌توانند به مرور زمان به دلیل اصطکاک و انعطاف‌پذیری بیشتر باعث سایش نازل‌های برنجی شوند. اما نازل‌های فولاد ضد زنگ به مقابله با استرس اضافی ناشی از این مواد مجهز هستند و یکپارچگی ساختاری و عملکرد خود را حتی پس از استفاده طولانی‌مدت با فیلامنت‌های انعطاف‌پذیر حفظ می‌کنند.
استفاده در چاپ‌های چند ماده‌ای
نازل‌های فولاد ضد زنگ همچنین در چاپ‌های چند ماده‌ای کاربرد دارند. در این نوع پرینت انواع مختلفی از فیلامنت‌ها در چاپ یک قطعه استفاده می‌شوند. مقاومت این نازل‌ها در برابر خوردگی و انعطاف‌پذیری برای کار با مواد سفت یا انعطاف‌پذیر، آنها را به گزینه‌ای جذاب برای پرینت‌های سه‌بعدی پیچیده و با کارایی بالا تبدیل کرده است.
3. نازل‌های فولاد سخت‌شده
نازل‌های فولاد سخت‌شده به طور خاص برای چاپ سه‌بعدی با مواد ساینده طراحی شده‌اند که نازل‌های نرم‌تر مانند برنج یا فولاد استاندارد را ساییده می‌کنند. این نازل‌ها برای افزایش سختی خود حرارت داده می‌شوند. در نتیجه نازل‌های فولاد سخت شده در برابر اثرات مخرب ذرات ساینده موجود در فیلامنت‌هایی مانند فیبر کربن، پرشده با فلز یا پرشده با چوب مقاومت بیشتری دارند.
موارد استفاده گسترده نازل‌های فولاد سخت‌شده
نازل‌های فولاد سخت‌شده معمولاً از طریق فرآیند حرارتی به نام کوئنچینگ و تمپرینگ ساخته می‌شوند که شامل گرم کردن فولاد و سپس خنک کردن سریع آن برای ایجاد ساختار مارتنزیت است. این فرآیند سختی و استحکام فولاد را افزایش می‌دهد و آن را در برابر سایش بسیار مقاوم‌تر می‌کند. نازل‌های فولاد سخت‌شده می‌توانند به سطوح سختی بیش از 60 HRC (مقیاس سختی راکول) برسند که آنها را در مقایسه با برنج یا فولاد ضد زنگ بسیار بادوام می‌سازد.
همچنین،این نازل‌ها به دلیل سختی خود، می‌توانند صدها ساعت فیلامنت‌های ساینده را بدون نشان دادن علائم سایش چاپ کنند. طول عمر بالا باعث شده است این فیلامنت‌ها انتخاب ترجیحی کاربردهای صنعتی باشند که در آن فیلامنت‌های ساینده اغلب برای تولید نمونه‌های اولیه کاربردی یا قطعات نهایی استفاده می‌شوند.
نازل‌های فولاد سخت‌شده برای چاپ با مواد ساینده، از جمله موارد زیر، ایده‌آل هستند:
- فیلامنت‌های فیبر کربن: فیلامنت‌های پرشده با فیبر کربن حاوی الیاف ریزی هستند که به چاپ‌ها استحکام و دوام بیشتری می‌دهند اما به طور قابل‌توجهی ساینده هستند. فولاد سخت‌شده می‌تواند در برابر فرسایش ناشی از این الیاف مقاومت کند و دقت را در چاپ‌های طولانی حفظ کند.
- فیلامنت‌های پرشده با فلز: فیلامنت‌های پرشده با فلز (مس، برنز، فولاد) حاوی ذرات فلزی هستند که به جسم چاپ‌شده یک پوشش فلزی می‌دهند. این ذرات ساینده هستند و به سرعت نازل برنجی را تخریب می‌کنند، اما فولاد سخت‌شده می‌تواند بدون مشکل با آنها کار کند.
- فیلامنت‌های درخشان در تاریکی: این فیلامنت‌ها حاوی مواد فسفری هستند که می‌توانند مواد نرم‌تر نازل را خراش دهند و ساییده کنند. نازل‌های فولاد سخت‌شده برای مقابله با این فیلامنت‌ها بدون از دست دادن کیفیت خروج ساخته شده‌اند.
4. نازل‌های نوک روبی
نازل‌های نوک روبی در خط مقدم فناوری چاپ سه بعدی قرار دارند. این نازل‌ها خواص حرارتی فلز را با مقاومت در برابر سایش فوق‌العاده یک یاقوت مصنوعی ترکیب می‌کنند. یاقوت در نوک نازل تعبیه شده و مستقیماً با فیلامنت تماس پیدا می‌کند و دوام بی‌نظیری را در برابر فیلامنت‌های ساینده فراهم می‌کند.
یاقوت مصنوعی استفاده‌شده در این نازل‌ها، به شکل بلوری از اکسید آلومینیوم است که یکی از سخت‌ترین مواد شناخته‌شده در این صنعت است. این سختی تضمین می‌کند که صرف نظر از ساینده بودن فیلامنت، نازل مستحکم می‌ماند و دقت خود را حفظ می‌کند.
- مقاومت در برابر سایش: یاقوت دارای درجه سختی موهس 9 است که بعد از الماس قرار گرفته است. این سختی شدید نازل‌های نوک روبی را به بهترین گزینه برای فیلامنت‌های ساینده‌ای تبدیل می‌کند که هر ماده دیگری را فرسوده می‌کنند.
- پایداری حرارتی: از آنجایی که یاقوت فقط در نوک نازل قرار دارد، بقیه نازل (معمولاً برنج یا فولاد) هدایت حرارتی خود را حفظ می‌کند و جریان روان فیلامنت و خروج ثابت را تضمین می‌کند.
چالش‌ها و ملاحظات نازل‌های نوک روبی
با اینکه نازل‌های نوک روبی دوام بی‌نظیری دارند، ولی به طور قابل‌توجهی گران‌تر از سایر انواع نازل‌ها هستند. همین باعث شده است این نازل برای کاربران حرفه‌ای که اغلب با مواد ساینده کار می‌کنند مناسب باشد و هزینه بالای آن برای علاقه‌مندان معمولی معقول نیست.
نتیجه‌گیری
هنگام انتخاب نازل پرینتر سه بعدی، درک خواص مواد مختلف برای دستیابی به بهترین نتایج حیاتی است. نازل‌های برنجی برای استفاده روزمره عالی هستند، در حالی که فولاد ضد زنگ برای کاربردهای ایمن برای غذا یا فیلامنت‌های انعطاف‌پذیر خوب عمل می‌کند. نازل‌های فولاد سخت‌شده برای فیلامنت‌های ساینده ضروری هستند و برای کسانی که به هم دوام و دقت نیاز دارند، نازل‌های نوک روبی پیشنهاد می‌شود. این مواد رایج‌ترین موادی هستند که حتی برای ساخت نازل‌های تخصصی پرینتر سه بعدی نیز به کار می‌روند.
