حتی با تجربه ترین کاربران نیز گاهی مسخ جادوی چاپگرهای سه بعدی می‌شوند. با نگاهی به یک دستگاه FDM – چیزی شبیه به Bambu Lab P1P، یا Ultimaker S7 یا Prusa MK4 – این فرآیند بسیار ساده و بدون دردسر به نظر می‌رسد، اما در باطن، همه این جادو با استفاده از سنسورها و سیستم های کنترل امکان پذیر شده است.

دقت، مطمئن بودن و موفقیت کلی چاپ FDM به شدت تحت تاثیر مجموعه ای از حسگرهای یکپارچه در چاپگر است. این حسگرها که اغلب مورد توجه قرار نمی‌گیرند، قهرمانان پشت پرده‌‌ای هستند که جنبه‌های مختلف فرآیند چاپ را نظارت و کنترل می‌کنند و پرینت‌های سه بعدی با کیفیت بالا را تضمین می‌کنند. از تشخیص فیلامنت تا تنظیم دما، تراز کردن بستر تا ردیابی موقعیت، هر سنسور نقش منحصر به فرد و حیاتی ایفا می کند. ور این مطلب به بررسی دنیای حسگرها در چاپگرهای FDM، انواع آن‌ها، نحوه کار و نقش‌های حیاتی‌شان در سمفونی پیچیده پرینت سه بعدی می‌پردازیم.

سنسورهای دما
در چاپ FDM یکی از مهمترین وظایف دستگاه نظارت و حفظ دمای سیستم را به عهده دارند. در این زمینه، چاپگر ممکن است نیاز به کنترل دمای اکسترودر، صفحه ساخت یا حتی محفظه داشته باشد. بدون دماهای مناسب، دستگاه FDM دچار مشکلاتی مانند گرفتکی و چسبندگی می شود. دو مورد از رایج ترین سنسورهای دما در پرینترهای FDM عبارتند از ترموکوپل و ترمیستور.
ترموکوپل یک سنسور دما است که از دو فلز مختلف تشکیل شده است که به یکدیگر متصل شده اند. هنگامی که اتصال فلزی اختلاف دما بین انتهای متصل (اتصال اندازه گیری) و انتهای دیگر (اتصال مرجع) را تجربه می کند، ولتاژ کوچکی تولید می شود که متناسب با اختلاف دما است. از اینجا، ولتاژ تولید شده توسط ترموکوپل توسط برد کنترل چاپگر اندازه گیری می شود و به خوانش دما تبدیل می شود. از طرف دیگر ترمیستورها بر اساس این اصل کار می کنند که مقاومت برخی از مواد نیمه هادی با دما تغییر می کند. هنگامی که دما افزایش می یابد، مقاومت در یک ترمیستور ضریب دمای منفی (NTC) کاهش می یابد. با برخی مدارهای پشتیبانی، برد کنترل چاپگر این مقاومت را اندازه گیری می کند و آن را به یک خوانش دما تبدیل می کند و به آن اجازه می دهد عناصر گرمایش را در صورت نیاز تنظیم کند.
سنسور تراز بستر
برای اطمینان از اینکه چاپگرهای FDM بتوانند با موفقیت بدون گیر کردن یا نقص چاپ کنند، بستر چاپ باید تراز شود. برای این منظور، سنسورهای سطح بستر یکی از اجزای مهم پرینترهای سه بعدی FDM هستند. انواع مختلفی از سنسورهای سطح بستر در چاپگرهای FDM استفاده می شود.

• سوئیچ های مکانیکی: اینها ساده ترین شکل سنسورهای سطح هستند که بر اساس اصل تماس فیزیکی کار می کنند. هنگامی که نازل یا یک پروب جداگانه متصل به هد چاپ، تخت را لمس می کند، سوئیچ را فعال می کند و سیگنالی را به برد کنترل چاپگر ارسال می کند.
•حسگرهای خازنی و القایی: این سنسورها فاصله تا تخت را بدون تماس فیزیکی تشخیص می دهند و باعث کاهش سایش و پارگی می شوند. این حسگرها تغییرات میدان های الکتریکی و/یا مغناطیسی را برای تعیین فاصله آنها از سطح چاپ تشخیص می دهند. آنها معمولاً دقیق تر از کلیدهای مکانیکی هستند، اما خوانش آنها می تواند تحت تأثیر عوامل محیطی مانند دما و رطوبت باشد.
با هر دو نوع سنسور، اندازه گیری در بسیاری از نقاط در سطح بستر ساخت به سیستم اجازه می دهد تا سطح کلی تخت چاپ را تراز کند.

سنسورهای پایان نوری
یک سنسور پایانی نوری بر اساس اصل قطع نور کار می کند. به طور کلی، پایانه های نوری از دو بخش اصلی تشکیل شده اند: یک ساطع کننده نور (به عنوان مثال، IR LED) و یک گیرنده یا آشکارساز نور، (به عنوان مثال، یک ترانزیستور نوری). این سنسورها به گونه ای قرار می‌گیرند که نور ساطع کننده در شرایط عادی به آشکارساز برسد. پایانه های نوری هم در صورت قطع پرتو نور وجود یک جسم را تشخیص می دهند.

در چاپگرهای FDM، پایانه‌های نوری معمولاً در موقعیت‌های اصلی محورهای چاپگر (X، Y و Z) قرار دارند. هنگامی که چاپگر شروع به کار می کند یا زمانی که نیاز به قرارگیری در موقعیت اول خود دارد، در امتداد هر محور حرکت می کند تا زمانی که حسگر پایانی مربوطه فعال شود، که نشان می دهد به موقعیت "خانه" رسیده است. این فرآیند، که به عنوان «Homing» شناخته می‌شود، برای اطمینان از اینکه چاپگر دقیقاً می‌داند از کجا شروع می‌کند و می‌تواند حرکت هد چاپ و تخت را به دقت کنترل کند، بسیار مهم است. دنیای به ظاهر جادویی پرینت سه بعدی و در این مورد دنیای FDM، توسط سمفونی سنسورها و سیستم های کنترلی که هماهنگ هستند، هدایت می‌شود. سنسورهای دما، مانند ترموکوپل ها و ترمیستورها، به سختی دمای سیستم را کنترل و تنظیم می کنند، از خرابی جلوگیری می کنند و از صاف و تراز بودن چاپ اطمینان حاصل می‌کنند. سنسورهای تراز تخت، از جمله سوئیچ های مکانیکی، حسگرهای خازنی و القایی، بستر چاپ سطحی را برای چاپ بی عیب و نقص تضمین می کنند. سنسورهای اپتیکال پایانی با تکنیک وقفه نوری خود، چاپگر را قادر می‌سازند تا موقعیت‌های شروع دقیق را ایجاد کرده و حرکت هد چاپ و تخت را کنترل کند. هر حسگر، ابزاری حیاتی در این مکانیزم پیچیده، به جادوی ساخت طرح های سه بعدی کمک می کند. بنابراین دفعه بعد که شاهد عملکرد یک چاپگر سه بعدی بودید، تصور بهتری از آنچه در باطن این دستگاه اتفاق می‌افتد خواهید داشت.

منبع: 3dprint