چگونه فیلامنت پرینت سه بعدی انتخاب کنیم؟

تکنیک Fused deposition modeling (FDM) به دلیل سهولت در  استفاده، دسترسی و عملکرد، یکی از پرکاربردترین تکنیک های پرینت سه بعدی است. همچنین به دلیل سازگاری اش با انواع ترموپلاستیک ها نیز شناخته می شود، یعنی متریال هایی که در اثر گرما نرم می شوند و در برابر سرما، به حالت اولیه شان بر می گردند. این ترموپلاستیک ها برای اکسترود شدن به وسیله ی پرینتر سه بعدی، به فیلامنت تبدیل می شوند. امروزه اکثر پلاستیک های موجود این امکان را دارند. اما چگونه متریال برای پرینت سه بعدی خود انتخاب کنیم؟ متریال پرینترهای سه بعدی دارای چه ویژگی هایی هستند؟

پیش از هرچیز، مهم است که با نحوه طبقه بندی پلاستیک ها آشنا شویم. امروزه پلاستیک های به اصطلاح بی شکل یا نیمه کریستالی وجود دارند: این صفت ها ساختار بین مولکولی پلیمر را بر اساس نحوه واکنش آنها هنگام جامد شدن پس از همجوشی توصیف می کنند. برای مثال، زنجیره ی پلاستیک های بی شکل در طی مرحله جامد شدن، درهم پیچیده و بی نظم باقی می مانند و برعکس، زنجیره ی پلاستیک های نیمه کریستالی مرتب می شوند. از این ویژگی، خصوصیات مختلف دیگری نیز تعریف می شود: برای مثال، مواد بی شکل عموماً شفاف تر هستند و ثبات ابعادی کمی دارند. در آخر ویژگی دیگری که در طبقه بندی پلاستیک ها نقش دارد، دمای ذوب است: پلاستیک های استاندارد دمای پایین تری نسبت به متریال های به اصطلاح تکنیکی دارند.

فیلامنت های پرینت سه بعدی استاندارد

متریال PLA

یکی دیگر از متریال پرینترهای سه بعدی PLA یا اسید پلی لاکتیک می باشد که، متریالی نیمه کریستالی است که از منابع تجدید پذیر، معمولاً نشاسته ذرت، گرفته می شود. برخلاف اکثر پلاستیک های صنعت نفت، PLA به دلیل زیست تخریب پذیر بودنش تحت شرایط مناسب، سبزتر دانسته می شود. استفاده از این فیلامنت بسیار ساده است، به همین دلیل در بازار پرینت سه بعدی از مجبوبیت زیادی برخوردار است. سازگار در تماس با مواد خوراکی، دمای اکستروژن آن معمولاً 180 درجه سانتی گراد است. از ثبات هندسی خوبی برخوردار است و عموماً مستعد تاب خوردگی و جمع شدگی نیست. اغلب به جهت ساخت پروتوتایپ، ابزار، قطعات تزئینی یا در بخش پزشکی مورد استفاده قرار می گیرد. فیلامنت یوسو یا فیلامنت PLA در رنگهای متنوعی موجود است و اغلب به عنوان ماتریس برای مواد کامپوزیت استفاده می شود.

متریال Polypropylene

PP از پرکاربردترین متریال ها در  plastic injection molding است که به عنوان متریالی سبک، مقاوم در برابر مواد شیمیایی و فرسودگی و عایق الکتریکی خوب شناخته می شود. همچنین برای پرینترهای سه بعدی به صورت فیلامنت نیز موجود است؛ با این حال، توجه داشته باشید که پرینت با این متریال بسیار دشوار است زیرا چسبندگی خوبی با پلتفرم برقرار نمی کند. با نقطه ی ذوب بسیار دقیق، نیاز به مدیریت حرارتی عالی دارد. فیلامنت PP برای بسته بندی، گیره و بست، ظروف مایع و … کاربرد دارد.

فیلامنت ABS

این بار به سراغ متریالی بی شکل می رویم: ABS فیلامنتی است که به دلیل مقاومتش در برابر شوک های دمای پایین و وزن کمش شناخته می شود. طبقه بندی این متریال آن چنان ساده نیست: گاهی اوقات در قسمت تکنیکی هرم است و پردازش آن به سادگی، به عنوان مثال، PLA نیست. در پرینت سه بعدی، ممکن است دچار پیچ خوردگی شود و نیاز به استفاده از پلتفرم حرارتی دارد. خصوصیات این متریال، آن را به گزینه ای ایده آل برای تولید پروتوتایپ های کاربردی، ابزار یا قالب ها، تبدیل می کند. ABS یک فیلامنت پرینت سه بعدی مقرون به صرفه در اوانع گوناگون است.

بیشتر بخوانید: مزایا و معایب پرینترهای سه بعدی

فیلامنت های تکنیکی پرینت سه بعدی

فیلامنت Nylon

نیکی دیگر از متریال پرینترهای سه بعدی نایلون است که تحت عنوان پلی آمید (PA) نیز شناخته می شود، اغلب در بازار AM در قالب پودر برای تکنولوژی SLS رواج دارد. با این حال، می توان آن را به شکل فیلامنت، با 6 اتم کربن، با نام PA6 نیز پیدا کرد. PA6 مشابه ABS است و نیاز به پلتفرم حرارتی دارد زیرا چسبندگی خوبی ندارد. PA6 به دلیل مقاومت در برابر ضربه و سایش و همچنین انعطاف پذیری اش شناخته می شود. طول عمر نسبتاً بالایی دارد و برای تولید قطعاتی مانند لولا، اجزای ماشین و ابزارآلات گزینه ای ایده آل است. می توان آن را با الیاف کربن یا شیشه تقویت کرد. قابل ذکر است که نایلون یک ماده جاذب رطوبت است، از این رو ذخیره کردن آن در مکان خشک بسیار مهم است.

فیلامنت PET

PET متریالی شناخته شده در صنعت است، زیرا بطری های پلاستیکی امروزه از این متریال ساخته می شوند. در پرینت سه بعدی، بیشتر تحت عنوان PETG شناخته می شود، یعنی با افزودن گلیکول برای کاهش ظاهر شکننده آن. این متریال در درجه اول به دلیل شفافیت و سازگاری در تماس با مواد خوراکی شناخته می شود. برای مثال، بسیاری از بسته ها و ظروف با PETG پرینت می شوند. این متریال جایگزین مناسبی برای PLA یا ABS است.

فیلامنت POM

پلی اکسی متیلن یا POM یک ماده نیمه کریستالی است که محبوبیت اش در دنیای پرینت سه بعدی رو به افزایش است. دارای خواص شیمیایی عالی، مقاوم در برابر حرارت، ضربه و سایش است. از POM می توان برایبه منظور پرینت سه بعدی انواع سگک های کوله پشتی، قطعاتی که در طول زمان نیاز به تحمل حرارت دارند یا چرخ دنده ها استفاده کرد. فیلامنت این متریال برای پرینت کمی مشکل است، و به مدیریت حرارتی خوبی نیاز دارد. همچنین قابل ذکر است که تعداد ز تولید کنندگان این نوع فیلامنت پرینت سه بعدی در مقایسه با متریال هایی مانند PLA یا ABS بسیار کم تر است.

فیلامنت پلی کربنات

(PC) در درجه اول برای استحکام و شفافیت اش مورد استفاده قرار می گیرد. ترموپلاستیک راحتی برای پرینت نیست زیرا به دمای اکستروژن بالا و پلتفرم حرارتی نیاز دارد. از آنجا که چگالی کمتری نسبت به شیشه دارد و می تواند دماهای بین 150 تا 140 درجه سانتی گراد را تحمل کند، از محبوبیت خاصی برخوردار است. معمولا، صفحه های محافظ یا قطعات نوری را می توان با پلی کربنات به صورت سه بعدی پرینت کرد. این فیلامنت پرینت سه بعدی به صورت روز افزونی در طیف وسیعی از محصولات استفاده می شود.

فیلامنت ترموپلاستیک 

این آخرین دسته از پلیمرها، شرایط بیشتری دارند: ترموپلاستیک های این دسته به دمای ذوب بالا احتیاج دارند و خصوصیات مشابه فلزات خاص دارند. در صنعت AM، اینها فیلامنت های هستند که به دمای اکستروژن بالا، پلتفرم حرارتی و محفظه بسته نیاز دارند. مدیریت حرارتی برای این نوع متریال از اهمیت بالایی برخوردار است.

فیلامنت HPP نیمه کریستالی

PEEK احتمالاً رایج ترین فیلامنت چاپگر پرینت سه بعدی در این دسته است. عضوی از خانواده ی PAEK  است و به دمای اکستروژن حدود 400 درجه سانتی گراد، پلتفرم حرارتی با قابلیت گرم شدن تا 230 درجه سانتیگراد و محفظه ای که تا 120 درجه سانتی گراد گرم شود، نیاز دارد. PEEK به دلیل نسبت وزن/استحکام  اش شناخته می شود و می تواند دماهای بالا را تحمل کند. مامکان ضدعفونی کردن آن، این متریال را به گزینه ای عالی برای پرینت ایمپلنت های سفارشی تبدیل می کند. این فیلامنت نیازمند تسلط خاصی بر پروسه ی پرینت سه بعدی است و گران قیمت نیز می باشد.

بیشتر بخوانید: فیلامنت شفاف

PPS همچنین یک ترموپلاست نیمه کریستالی با کارایی بالا است که به دلیل مقاومت شیمیایی و خواص مکانیکی اش شناخته می شود. اغلب در صنایع خودروسازی، نفت، گاز و الکترونیک استفاده می شود. دمای اکستروژن آن حدود 300 درجه سانتی گراد است. همچنین نیازمند پلتفرم حرارتی و محفظه ی بسته است.

فیلامنت های بی شکل حرارت بالا

در این دسته ، ابتدا می توان به PEI اشاره کرد، فیلامنت پرینت سه بعدی ای که در حال حاضر توسط SABIC با نام تجاری ULTEM به بازار عرضه می شود. ارزان تر از PEEK، با استانداردهای آتش/دود، و متریالی ایده آل برای بخش هوافضا. PEI همچنین در برابر مایعات خودرو، هیدروکربنها، الکلها و محلولهای آبی مقاوم است. می توان آن را استریل کرد و در تماس با غذا سازگار است. در آخر، نمی توان خانواده سولفون ها، به ویژه PPSU و PSU را فراموش کرد. این متریال ها از نظر خواص حرارتی و ویژگی های آتش/دود مزایای بسیاری دارند. به علاوه عایق الکتریکی هستند و در صنعت حمل و نقل از جمله راه آهن، هوافضا و خودرو از محبوب بالایی برخوردارند.

فیلامنت های کامپوزیت و انعطاف پذیر

کامپوزیت ها موادی هستند که از یک ماتریس – PLA، نایلون، پلی کربنات و … تشکیل شده اند و با الیاف، اغلب کربن، تقویت شده اند. از شیشه، آرامید و … نیز می توان استفاده کرد. این متریال ها ضمن اینکه وزن را بهینه می کنند، مقاومت فیلامنت را نیز افزایش می دهند.

در نهایت، فیلامنت های انعطاف پذیر مانند TPU تنها بخشی از متریال های FDM هستند. این مواد انعطاف پذیر به دلیل مقاومت در برابر سایش و ضربه شناخته می شوند. آنها در تولید گیره یا کفی های ارتوپدی بسیار مورد توجه هستند. با این حال، به درجه حرارت بالا حساس هستند.