معرفی سیستم بازیافت فیلامنت M1/R1 توسط Creality

مجله علمی آموزشی پرینت سه بعدی | Additive Manufacturing Magazine

---

هنوز هیچ اطلاعاتی درباره قیمت یا زمان عرضه رسمی سیستم منتشر نشده، اما با توجه به جزئیات صفحه، به نظر می‌رسد Creality به‌زودی عرضه آن را آغاز خواهد کرد. علاقه‌مندان می‌توانند با ثبت ایمیل خود، به محض آماده شدن سیستم برای فروش ، اطلاع‌رسانی آن را دریافت کنند.

افرادی که ایمیل خود را برای دریافت اطلاعات بیشتر ثبت کنند، به یک نظرسنجی کوتاه هدایت می‌شوند که در آن تجربه پرینت سه‌بعدی، مشکلات رایج و میزان تمایل به پرداخت برای چنین سیستمی از آن‌ها پرسیده می‌شود.

مهندسان شرکت Creality تأیید کردند که این سیستم یک نمونه اولیه عملیاتی است. هنوز آماده بررسی توسط کارشناسان و کاربران نیست، بنابراین باید کمی منتظر بمانیم تا بتوانیم آن را تست کنیم.

Creality کمپین طرح جذب سرمایه ی مردمی (Crowdfunding) خود را برای Filament Maker M1 و Shredder R1 راه‌اندازی کرده است؛ یک سیستم اختصاصی بازیافت مواد پرینت سه‌بعدی که هدف آن تبدیل ضایعات تولید شده در حین چاپ به فیلامنت جدید است. این پروژه پاسخ به علاقه روزافزون به تولید پایدار و کاهش هدررفت مواد در چاپ سه‌بعدی، به‌ویژه در ساخت مدل‌های چندرنگ، است.

شرکت‌های بزرگ مانند کرالیتی، معمولاً این جذب سرمایه را به‌عنوان یک ابزار بازاریابی به کار می‌برند و به احتمال زیاد این سیستم را به‌صورت تجاری عرضه خواهند کرد. یکی از مواردی که می تواند جالب باشد اینست که این دستگاه چگونه و تا چه حد از فیلامنت‌های برندهای دیگر را پشتیبانی می‌کند و کیفیت آن تا چه میزان پاسخ گوی نیاز است .

هدف از ساخت این سیستم

هدف این سیستم، کاهش اثرات تخریب زیست محیطی است هدف استفاده از باقی‌مانده‌های فیلامنت، ساپورت ها ، چاپ‌های ناموفق و ضایعات تولید شده توسط سیستم‌های AMS/CFS (که به آن‌ها اصطلاحاً “filament poops” گفته می‌شود) برای تولید مواد مصرفی جدید است. همچینین کاربران می توانند با استفاده از گرانول ها یعنی مواد اولیه ی فیلامنت و رنگ دانه ها و مواد معطر فیلامنت رو با ترکیب این مواد بسازند . دستیابی به چنین راهکاری سال‌ها هدف جاه‌طلبانه بسیاری از استارتاپ‌ها بوده است، اما در اغلب موارد، پیاده‌سازی تجاری آن‌ها با شکست مواجه شده است.

این دستگاه چگونه کار می کند ؟

این سیستم از دو بخش اصلی تشکیل شده است: Shredder R1 و Filament Maker M1. ابعاد این دستگاه‌ها تقریباً با یک پرینتر 3D Core XY بزرگ برابر است؛ ارتفاع آن‌ها 560 میلی‌متر است و طول کنار هم قرار گرفتن آن‌ها کمی کمتر از یک متر است:

R1 Filament Shredder (خردکن فیلامنت R1):

• قبل از تولید فیلامنت جدید، باید ضایعات چاپ یا گلوله‌های فیلامنت یا به اصطلاح خودمان پوپ های چاپ سه‌بعدی به خصوص چاپ چند رنگ را دریافت کرده و آن‌ها را به قطعات کوچک چند میلی‌متری خرد کند . Creality R1 این کار را انجام می‌دهد. این دستگاه هم خردکن و هم خشک‌کن است؛ حرکتی هوشمندانه، چون رطوبت دشمن اصلی در فرآیند اکستروژن است. دستگاه چاپ‌های خراب یا قطعات پشتیبانی را به گرانول‌هایی با اندازه کمتر از ۴ میلی‌متر تبدیل می‌کند. این اندازه ذرات مهم است تا اکسترودر بتواند مواد را به‌طور یکنواخت وارد کند.

M1 Filament Maker (اکسترودر M1):

• Creality M1 قلب این سیستم است. ذرات به‌صورت دستی برداشته شده و در هاپر دستگاه M1 ریخته می‌شوند.این اکسترودر همه‌کاره، گرانول‌ها را ذوب، به رشته تبدیل، خنک و مستقیماً روی اسپول می‌پیچد. برای تضمین کیفیت یکنواخت، Creality سه منطقه حرارتی (تا ۳۵۰°C) و هشت منطقه خنک‌کننده هوا تعبیه کرده است. این امکان را فراهم می‌کند تا مواد استاندارد مانند PLA و PETG و حتی پلاستیک‌های مهندسی مانند PA (نایلون)، PC یا TPU انعطاف‌پذیر پردازش شوند.
• یک ویژگی جالب برای راحتی کاربری، سیستم کشویی پتنت شده است که عملیات کشیدن و برش فیلامنت را یکپارچه می‌کند و فرآیند معمولاً دشوار وارد کردن فیلامنت را آسان می‌سازد. برای امنیت استفاده در محیط خانگی، سیستم فیلتر با فیلتر HEPA و کربن فعال نصب شده است. نکته جالب: Creality حتی ادعا می‌کند که می‌توانید رنگ و حتی رایحه‌های خاص خود را برای فیلامنت تعریف کنید. مثلاً فیلامنت با طعم توت‌فرنگی!

بازیافت فیلامنت در کارگاه های خانگی ؛ واقعیت یا رویا؟

• ایده تولید فیلامنت در محیط خانگی دهه‌هاست مطرح است، اما تاکنون کمتر موفق بوده است. پروژه‌های متعددی در این زمینه تلاش کرده‌اند اما با چند مانع جدی مواجه شده‌اند:

1. هزینه سیستم، باعث می‌شود فیلامنت بازیافتی گران‌تر از خرید فیلامنت جدید باشد.
2. این دستگاه ها حساس و نیازمند مراقبت دقیق هستند تا به درستی کار کنند.
3. کیفیت فیلامنت خروجی معمولاً پایین‌تر از فیلامنت‌های خریداری‌شده است.

آیا Creality می تواند این موانع را برطرف کند ؟ هنوز نمی دانیم ، اما اطلاعات منتشر شده تا کنون جالب است . پس به مواردی در ارتباط با این دستگاه می پردازیم .

• در حال حاضر، تنها سیستم بازیافت دسکتاپ قابل توجه، محصول شرکت هلندی 3DEVO است که قیمت آن حدود چند هزار دلار می باشد ( 7- 14 هزار دلار ) . این سیستم بیشتر برای آزمایشگاه‌ها و تولید فیلامنت‌های آزمایشی محدود مناسب است و نه برای استفاده معمولی در خانه. البته برخی گزینه‌های DIY و متن‌باز با هزینه پایین‌تر وجود دارند،علاوه بر نیاز به دانش فنی و دست به آچار بودن همان دو مانع دیگر یعنی دقت و کیفیت هم همچنان مشکل‌ساز هستند.

• در حال حاضر، تنها سیستم بازیافت دسکتاپ قابل توجه، محصول شرکت هلندی 3DEVO است که قیمت آن حدود چند هزار دلار می باشد ( 7- 14 هزار دلار ) . این سیستم بیشتر برای آزمایشگاه‌ها و تولید فیلامنت‌های آزمایشی محدود مناسب است و نه برای استفاده معمولی در خانه. البته برخی گزینه‌های DIY و متن‌باز با هزینه پایین‌تر مانند Extrudex وجود دارند، اما علاوه بر نیاز به مهارت‌های زیادی در کارهای فنی همان دو مانع دیگر یعنی دقت و کیفیت همچنان مشکل‌ساز هستند.

Creality دارای مزیت تولید با هزینه پایین و دسترسی به جمعیت زیادی از کاربران است. هیچ تولیدکننده بزرگ دیگری تاکنون چنین سیستم بازیافتی را به اکوسیستم کاربران خود ارائه نکرده، بنابراین ممکن است M1/R1 خریداران زیادی پیدا کند.

قیمت و کاربرد

با حجم تولید بالا، قیمت این دستگاه می‌تواند کاهش یابد، اما به نظر نمی‌رسد قیمت آن کمتر از ۱۰۰۰ دلار آمریکا نباشد. حدس من این است که سیستم نهایتاً در محدوده ۲۰۰۰ دلار یا بیشتر عرضه شود. آیا این قیمت برای کاربران مناسب خواهد بود؟ آیا صرفه‌جویی حاصل از بازیافت ارزش خرید را دارد؟ پاسخ بستگی به میزان بازیافت شما دارد. برای چنین قیمتی، می‌توان صدها قرقره فیلامنت با کیفیت تضمین‌شده خرید.

سهولت استفاده

Creality ممکن است بتواند ارزش واقعی خود را در سهولت استفاده نشان دهد. تولید فیلامنت با کیفیت به مدیریت دقیق سرعت تغذیه، دما، رطوبت و دیگر پارامترها نیاز دارد که این سیستمی از سنسور ها و پردازش ها هست . این کنترل‌ها می‌توانند توسط نرم‌افزار و حسگرهای دقیق انجام شوند.

Creality سال‌هاست در چاپگرهای رو میزی خود چنین سیستم‌های کنترل ماشینی را ارائه کرده است. پیاده‌سازی مشابه برای سیستم بازیافت احتمالاً برای آن‌ها ساده خواهد بود.

یکی از ویژگی‌های جالب در انیمیشن شرکت، یک بازوی جمع‌کننده اتوماتیک است که فیلامنت خروجی را مستقیماً روی قرقره می‌برد. این تفاوت قابل توجهی با سیستم‌های دیگر دارد که اپراتور باید فیلامنت تازه را به صورت دستی نخ کند. در سیستم های دستی کیفیت و نظمی رل فیلامنت خیلی ضعیف تر از حالتیست که توسط مکانیزم های اتوماتیک رل شده باشد و همن بی نظمی ها یکی از مشکلاتی بود که حین پرینت با رل فیلامنت داشتیم مشکلاتی از قبیل گره خوردن فیلامنت .

کیفیت مواد مصرفی چاپ سه‌بعدی

سوالی کلیدی: آیا این سیستم می‌تواند فیلامنت با کیفیت مناسب تولید کند؟

امروزه چاپگرهای FFF دسکتاپ بسیار قدرتمند و با کیفیت پرینت بالایی هستند و حتی کوچک‌ترین تغییر در کیفیت فیلامنت می‌تواند روی کیفیت قطعات تأثیر بگذارد. کیفیت فیلامنت معمولاً با تغییر قطر متوسط در طول قرقره سنجیده می‌شود. استاندارد معمول کمتر از ±۰.۰۵ میلی‌متر است و برخی تولیدکنندگان خاص حتی به ±۰.۰۲ میلی‌متر می‌رسند. فیلامنتی با تغییر بیش از ۰.۰۵ میلی‌متر توصیه نمی‌شود.

به نقل از سایت خود شرکت Creality :

“با تکنولوژی اکستروژن دقیق ما، خروجی تا ۱ کیلوگرم در ساعت با تلرانس قطر ±۰.۰۵ میلی‌متر امکان‌پذیر است. تلرانس قطر: گلوله‌های تازه ( گرانول ) ±۰.۰۵ میلی‌متر | گلوله‌های بازیافتی ±۰.۱ میلی‌متر.”

Creality همچنین بیان کرده است که سیستم آن‌ها با هشت نوع ماده مختلف سازگار است: PLA، PETG، ABS، ASA، PA، PC، TPU و PET. PLA و PETG عموماً آسان‌ترین مواد برای بازیافت حرفه‌ای به شمار می‌روند.

این یعنی بهترین حالت، سیستم می‌تواند ±۰.۰۵ میلی‌متر را تامین کند، اما همیشه کمتر از فیلامنت خریداری‌شده خواهد بود. فیلامنت بازیافتی حتی بدتر و تا ±۰.۱ میلی‌متر متغیر است.

پرسش اساسی: بازیافت 100٪ یا ترکیب با مواد نو؟

اینجاست که واقعیت کمی متفاوت است. بازاریابی ادعا می‌کند که فرایند ۱:۱ است (“ضایعات وارد، فیلامنت خارج”)، اما فیزیک محدودیت‌هایی دارد. پلاستیک‌ها هر بار که حرارت می‌بینند دچار کاهش کیفیت می‌شوند.

این موضوع در مشخصات فنی نیز دیده می‌شود: Creality برای M1 دقت ±0.05 mm برای فیلامنت نو و ±0.1 mm برای فیلامنت بازیافتی اعلام کرده است. این دقت برای پرینترهای مدرن با سرعت بالا مانند Bambu Lab یا Creality ممکن است کافی نباشد.

کیفیت پلیمر نیز مسئله مهمی است. هر بار که پلیمر دوباره حرارت داده می‌شود، برخی مولکول‌ها آسیب می‌بینند. زنجیره‌های پلیمری کوتاه‌تر شده و ماده شکننده می‌شود. این عمل باعث کاهش مقاومت و ناپایداری کیفیت چاپ می‌شود. فیلامنت بازیافتی نمی‌تواند به کیفیت فیلامنت تازه برسد. حتی برای متریال هایی که استفاده ی کاربردی دارند و باید تنش ، نیرو یا امواجی رو تحمل کنند این سیستم تولید با آسیب به مولکول ها مرز های پایداری این مواد را پایین تر از استاندارد می اورد .

در عمل، برای تولید فیلامنت با کیفیت بالا، احتمالاً نیاز خواهید داشت ضایعات خرد شده را با گرانول‌های تازه (Virgin Pellets) مخلوط کنید. بنابراین این سیستم بیشتر برای کاربران حرفه‌ای یا فارم‌های کوچک چاپ که حجم بالایی از ضایعات یکسان دارند، جذاب خواهد بود.

یکی از ایده هایی که نسبت به این دستگاه بیان می شود اینست که پتانسیل این راه‌حل بسیار بالاست. زیرا علاوه بر مزیت واضح محیط‌زیستی، این سیستم درهای خلاقیت را نیز باز می‌کند. با M1 می‌توانید فیلامنت‌های منحصر به فردی بسازید که در فروشگاه‌ها یافت نمی‌شوند؛ از جمله فیلامنت با تغییرات رنگی تدریجی، با اکلیل، چوب، فلز یا حتی رایحه‌دار. این موضوع کاربران را از مصرف‌کننده صرف به خالق مواد تبدیل می‌کند. البته این در حد یک ایده است و در عمل غیر ممکن .

مسئله جداسازی مواد

برای تولید یک قرقره PLA صورتی، باید فقط ضایعات PLA صورتی را وارد M1/R1 کنید. بهتر است همه ضایعات از یک منبع و یک نوع باشند تا ترکیب شیمیایی پلیمر یکسان باشد. در غیر این صورت، خواص چاپ در طول فیلامنت متفاوت خواهد بود و کیفیت کاهش می‌یابد.

اکثر کاربران معمولاً ضایعات خود را دسته‌بندی نمی‌کنند. در کیسه ضایعات چاپگرهای ما ، رنگ‌ها و مواد مختلفی مثل PLA، PLA+، PLA Tough، PAHT-CF، ASA، PHA، HIPS، PCTG، PETG و PET دیده می‌شود. مخلوط کردن این‌ها در سیستم بازیافت ممکن نیست.

برای مثال تفاوت در «گرید» گرانول‌های یک ماده واحد PLA می‌تواند فیلامنتی تولید کند که ضعیف، شکننده یا در چاپ غیرقابل پیش‌بینی باشد.

مقایسه با تولید حرفه‌ای

فیلامنت‌های حرفه‌ای حداقل استاندارد ±0.05 میلی‌متر دارند و تولیدکنندگانی مانند Prusa Research با استفاده از سنسورهای لیزری دقت را تا ±0.02 میلی‌متر افزایش می‌دهند. سیستم‌های حرفه‌ای معمولاً فضای زیادی از کارخانه (تا 75 فوت) را اشغال می‌کنند و از مجموعه‌ای از حمام‌های آب طولانی برای خنک کردن فیلامنت به آرامی استفاده می‌کنند. این ماشین‌ها می‌توانند هر پنج دقیقه یک قرقره یک کیلوگرمی تولید کنند.

بازیافت فیلامنت موضوع جدیدی نیست و بسیاری از تولیدکنندگان ضایعات خود را بازیافت می‌کنند. به‌عنوان مثال، شرکت ProtoPasta ضایعات تولیدی را جمع‌آوری، بر اساس رنگ دسته‌بندی، آسیاب، ذوب، اکسترود و سپس دوباره آسیاب می‌کند تا مطمئن شوند که ذرات به‌صورت کامل و یکنواخت ترکیب شده‌اند.

چالش اصلی تولیدکنندگان در بازیافت، آلودگی مواد است. حتی حضور مقدار کمی ABS در میان PLA می‌تواند کل دسته را خراب کند و باعث ایجاد توده‌های پلاستیکی شود که به‌خوبی ذوب نمی‌شوند و نازل پرینتر را مسدود می‌کنند. احتمالاً پس از عبور از مرحله نمونه اولیه، سیستم جدید Creality می‌تواند در حل این مشکل موثر باشد.

چرا کارخانه‌های خانگی فیلامنت همیشه شکست می‌خورند؟

مشکل اصلی در ماهیت واقعی تولید فیلامنت نهفته است. این فقط “ذوب کردن پلاستیک و فشار دادن آن از طریق نازل” نیست. کیفیت گرانول‌ها، یکنواختی شیمیایی و فیزیکی آن‌ها و کنترل دقیق افزودنی‌ها، از جمله رنگ‌ها، تثبیت‌کننده‌ها و مقاوم‌کننده‌ها، همه اهمیت بالایی دارند.

مخاطب هدف M1/R1 چه کسانی می توانند باشند ؟

آیا می توناد کاهش هزینه‌های پرینت سه‌بعدی رو برای کابران این حوزه به عمل بیاورد ؟

با توجه به این مسائل، به نظر می‌رسد M1/R1 برای کاربران عادی چاپگرهای FFF مناسب نیست که امید دارند با جمع‌آوری ضایعات خود صرفه‌جویی کنند. به نظر من، تا زمانی که قیمت این دستگاه زیر ۱۵۰۰ دلار نیاید، برای یک کاربر خانگی فقط یک اسباب‌بازی لوکس است.

با صرف نظر از قیمت و فقط با توجه به عملکرد این دستگاه پس این سیستم برای چه کسی مناسب است؟

احتمالاً برای کارخانه‌های چاپ سه‌بعدی یا مزارع پرینتر سه بعدی کاربرد دارد. این‌ها معمولاً از یک نوع ماده استفاده می‌کنند و دسترسی به مقادیر زیادی ضایعات یکنواخت دارند. همچنین می‌توانند پروفایل‌های چاپ بهینه‌شده برای فیلامنت بازیافتی خود ایجاد کنند. این‌ها ویژگی‌هایی هستند که یک کاربر معمولی نمی‌تواند به آن‌ها دست یابد.

---

مروری بر مشخصات فنی

دستگاه	Creality M1 (Filament Maker)	Creality R1 (Filament Shredder)
عملکرد	اکسترود و پیچیدن فیلامنت	خرد کردن و خشک کردن (Hybrid)
دمای کاری	تا 350°C (3 منطقه حرارتی)	–
سیستم خنک‌کننده	8 منطقه خنک‌کننده با هوا	–
توان خروجی	تا 1 کیلوگرم در ساعت	–
دقت	±0.05 mm (فیلامنت نو) / ±0.1 mm (بازیافت شده)	اندازه ذرات ≤ 4 mm

جمع بندی

با توجه به مطالبی که گفتم فیلامنت بازیافتی توان مقابله با فیلامنت های شرکتی رو ندارد و همچنین نیاز به تفکیک بسیار دقیق دارد و اضافه کردن هرگونه ماده ای می تواند نتایج نا پایداری رو در حین پرینت به عمل اورد در نهایت اگر یک دستگاه بتواند در یک ساعت یک رل یک کیلوگرمی فیلامنت تولید کند که خود چرخه ی طولانی تولید را در بر دارد خرد کردن و ذوب کردن متریال ها به ترتیب صدا و بوی نامطبوع را به همراه خواهد داشت

شاید کریالیتی واقعاً توانسته باشد یک خط تولید صنعتی پیچیده را در یک جعبه دسکتاپ جای دهد و آن را به‌اندازه کافی مقرون‌به‌صرفه، بی‌صدا و قابل پیش‌بینی کند تا خارج از آزمایشگاه‌ها و مزارع چاپ، منطقی باشد.یا شاید کسی دیگر در آینده، راه‌حلی واقعی پیدا کند. چون تاریخ به ما یاد می‌دهد که با شک و تردید نگاه کنیم، اما دنیای پرینت سه‌بعدی بارها نشان داده است که «غیرممکن» گاهی فقط به کمی زمان بیشتر نیاز دارد.

قیمت M1/R1 زمانی که اعلام شود، جالب توجه خواهد بود. موفقیت راهکار کرالیتی به دو عامل کلیدی بستگی دارد: قیمت مقرون‌به‌صرفه و کیفیت قابل قبول .اگر پروژه از نظر فنی و اقتصادی موفق باشد، می‌تواند گامی مهم در مسیر ایجاد مدل مصرف دایره‌ای (Circular Model) برای مواد در چاپ سه‌بعدی fdm باشد.

سؤال نهایی برای شما: اگر قیمت مناسب باشد، آیا این سیستم را می‌خرید؟

منابع و مراجع تحقیق :

1. سایت Creality
2. مجله ی تخصصی 3druck
3. رسانه تخصصی صنعت چاپ سه‌بعدی VoxelMatters
4. مجله آنلاین China-Gadgets
5. وبلاگی از انجمن تخصصی ای در پلتفرم اجتماعی reddit تحت عنوان r/3DDruck
6. مجله ی تکنولوژی hackster
7. رسانه ی تحلیلی حوزه ی چاپ سه بعدی fabbaloo
8. رسانه ی خبری حوزه ی چاپ سه بعدی 3dprint.com