در مقاله “متریال های پر مصرف در تهیه فیلامنت های چاپ سه بعدی” به چه موضوعاتی پرداخته شده است :

• انواع متریال های پر مصرف در تهیه فیلامنت های چاپ سه بعدی
• ABS
• PLA
• TPU
• Wood
• PETG
• PC
• Nylon

متریال­ های پرمصرف در تهیه فیلامنت ­های چاپ سه­ بعدی :

• ABS
• PLA
• مشتقات TPU
• Wood
• PETG
• PC
• Nylon

فیلامنت ABS

ABS (آکریلونیتریل-بوتادین-استایرن) ، از متریال های محبوب در فرایند چاپ سه‌بعدی محسوب می­شود و سابقه طولانی در دنیای چاپ سه­ بعدی دارد. یک فیلامنت بادوام و قوی است و ویژگی­های مطلوب آن شامل مقاومت در برابر ضربه، چقرمگی، سبک وزن بودن، هزینه مناسب و مقاومت در برابر سایش، اکسترود آسان آن از نازل های چاپگر و کارکردن آسان با آن، ABS را به گزینه­ای عالی برای چاپ سه‌بعدی تبدیل می­کند.

همچنین فیلامنت ABS دمای انتقال شیشه­ای بالایی دارد، به این معنی که می­تواند قبل از شروع تغییر شکل، دماهای بالایی را تحمل کند و این مسئله آن را به گزینه ای عالی برای کاربرد در دمای بالا تبدیل می­کند. ABS به راحتی رنگدانه می­پذیرد و در طیف متنوعی از رنگ­ها و ترکیبات تولید می­شود. قطعه سه‌بعدی چاپ شده با این فیلامنت به راحتی با موادشیمیایی پرداخت می­شود. این متریال یک انتخاب عالی برای چاپ قطعات پلاستیکی خودرو، قطعات متحرک، آلات موسیقی، لوازم آشپزخانه، محفظه­های الکترونیکی و اسباب بازی های مختلف مانند LEGO است. اما با وجود محبوبیتش برای چاپ سه‌بعدی، نقطه ذوب بالایی دارد (250-210 درجه سانتی­گراد) و باید روی سطح یا بستر گرم چاپ شود و همینطور چاپ با ABS  نیز ممکن است بخارهای ناخوشایندی تولید کند. میزان تاب برداشتن قطعات هم نسبتا بالاست.

فیلامنت PLA (پلی ­لاکتیک ­اسید)

PLA یک پلیمر ترموپلاستیک متداول است که برخلاف بسیاری از ترموپلاستیک­ های دیگر که از منابع تجدید ناپذیر مانند نفت تولید می شوند، از منابع طبیعی مانند نشاسته ذرت یا نیشکر بدست می­آید. به دلیل مزایای گسترده این پلیمر از جمله دمای چاپ پایین (حدود 180 درجه سانتی­گراد) و نیاز به انرژی کمتر، تاب برنداشتن قطعات، عدم گرفتگی نازل، سهولت استفاده، عدم انتشار بوهای آزاردهنده در حین فرآیند چاپ، تنوع رنگ و گزینه های ترکیبی و زیست تخریب پذیری، صنایع مختلفی از آن برای تولید محصولات سه‌بعدی استفاده می­کنند.

چاپ های فیلامنت PLA را می توان به راحتی سمباده زد، صیقل داد و رنگ کرد. اما در مقابل، PLA مقاومت حرارتی کمی دارد و در دماهای بالا، به خصوص اگر تحت تنش باشد، می­تواند به سرعت تغییر شکل دهد. PLA معمولاً نسبت به همتایان خود از جمله ABS، ضعیف­تر است و مقاومت کششی کمتری دارد. از آن­جایی که قطعات PLA، هنگام چاپ سه­بعدی، کاملا شکننده هستند، این ماده بیشتر برای اهداف زیبایی مناسب است تا مکانیکی. ظروف PLA در صورت عدم چاپ سه‌بعدی ایمن برای غذا هستند، درحالیکه ظروف غذای PLA که با چاپ سه‌بعدی تولید می­شوند، به این دلیل اینکه طی فرآیند چاپ سه‌بعدی، شکاف ها و منافذ کوچکی را بین لایه های چاپ ایجاد می­کند، ایمن نیستند. این شکاف ها رطوبت و تکه های غذا را درخود نگه می­دارند و منجر به تجمع باکتری ها و کپک می­شوند.

TPU (ترموپلاستیک پلی­یورتان)

فیلامنت­های انعطاف پذیر، نوعی دیگراز فیلامنت های مورد استفاده در صنعت چاپر سه‌بعدی و متریالی بسیار کاربردی برای طراحی مدل­های پیچیده که نیاز به کشسانی و تحرک دارند، می­باشند. با این متریال، قطعاتی که نیاز به انعطاف بالا دارند را می­توان به صورت سه‌بعدی چاپ و استفاده کرد. فیلامنت­های انعطاف پذیر از الاستومرهای ترموپلاستیک (TPU) ساخته شده­­اند که ترکیبی از پلاستیک سخت و لاستیک هستند.

این فیلامنت­ها ویژگی های مطلوبی از جمله انعطاف پذیری، ماندگاری طولانی، مقاومت در برابر ضربه، مقاومت عالی در برابر مواد شیمیایی و هوا، مقاومت خوب در برابر پارگی و سایش و شوک، چسبندگی بین لایه­ای خوب و مقاوم در برابر دماهای پایین و بالا (۳۰- تا ۱۴۰+ درجه سانتیگراد) دارند. فیلامنت انعطاف پذیر با نام اختصاصی XFlex در شرکت ایکستروژن، از تمامی انواع دیگر فیلامنت­ها، نرم­تر است و نسبت به سایر فیلامنت­ها، مشکل­تر در اکسترودر روان می­شود. از این متریال، در ساخت وسایل مختلف از جمله: ساخت انواع واشر و درزگیر، قطعات اکشن فیگور و اسباب بازی، انواع قطعات الاستیک لوازم خانگی، قطعات الاستیک خودرو و قطعات الاستیک تجهیزات آزمایشگاهی و…استفاده می­شود.

Wood (چوب)

فیلامنت های چوبی فیلامنت های کامپوزیتی هستند که معمولا از PLA (پلی­ لاکتیک ­اسید) به عنوان پایه و نوعی چوب مانند: سرو، بامبو، چوب پنبه، آبنوس، کاج، زیتون و حتی نارگیل، (به عنوان افزودنی) تشکیل شده­اند. از آن­جایی که جزء اصلی فیلامنت­های چوب، PLA است، بیشتر خواص آن­ها، به این ماده مرتبط است. با این حال، برخی از خواص تغییر یافته مانند افزایش شکنندگی و پوشش چوب مانند که با اضافه کردن چوب وارد عمل می­شوند، نیز وجود دارد. چوب یکی از محبوب‌ترین افزودنی‌های فیلامنت سه‌بعدی است، زیرا باعث می‌شود قطعات ظاهر چوبی به خود بگیرد.

از مزایای اصلی چاپ سه‌بعدی با فیلامنت چوب می­توان به ظاهر زیبا و طبیعی چوب مانند، اتصال قوی­تر لایه‌های مواد تزریق شده، قابلیت تجزیه و بازیافت پلیمرها و تمایل بسیار کمی به تاب برداشتن یا جمع شدن اشاره کرد. چاپ ­های چوبی را می­توان به راحتی با سمباده استاندارد، پرداخت کرد. با این حال، فیلامنت­های چوب انعطاف ناپذیر هستند و ممکن است پلیمر را شکننده کنند و استفاده از آن­ها برای تحمل بارهای زیاد توصیه نمی­شود. بر خلاف سایر فیلامنت­ها، فیلامنت­های چوب می‌توانند در معرض دمای بالا آتش بگیرند و بسوزند. فیلامنت­های چوب بیشتر در صنایع هوافضا، خودروسازی، معماری، مهندسی، پزشکی و جواهرسازی استفاده میشود و حتی در بخش آموزش نیز کاربرد دارند.

PETG (پلی ­اتیلن ترفتالات-گلیکول)

PETG یک نسخه اصلاح شده از PET است که “G” مخفف “گلیکول” است، مولکولی که در طول فرآیند پلیمریزاسیون به آن اضافه می شود تا شکنندگی آن را کمتر کند و فیلامنتی بادوام­تر با قابلیت استفاده آسان­تر تبدیل کند. فیلامنت ­های PETG در طیف وسیعی از رنگ­ها نیز موجود است. خواص مکانیکی بسیار خوبی از خود نشان می­دهد و همچنین مقاوم در برابر رطوبت، مواد شیمیایی و گرما هستد. PETG اکنون به طور گسترده­ای به عنوان یک فیلامنت برای چاپرهای سه‌بعدی FDM در دسترس است.

این متریال برای تهیه محصولات کاربردی عالی مانند ظروف برای مایعات، تابلوها و نمایشگرهای گرافیکی، محفظه هایی برای تجهیزات الکتریکی و غیره استفاده میشود. همچنین برای محیط‌های سخت‌تر، که در آن مقاومت حرارتی و شیمیایی علاوه بر مقاومت مکانیکی مورد نیاز است، ماشین‌کاران و مهندسان سازنده می‌توانند از PETG برای ایجاد قطعات سفارشی بادوام مانند ابزارها و وسایل کمکی ساخت، قطعات آزمایشی استفاده کنند. به طور کلی، نقطه ذوب PETG حدود 260 درجه سانتی­گراد است. ممکن است بدون استفاده از چسب، از صفحه ساخت جدا شود.

PC (پلی­کربنات)

پلی کربنات ماده­ای است که در بازار چاپ سه‌بعدی به دلیل مقاومت در برابر ضربه و شفافیت مشهور است. این یک ترموپلاستیک سبک و در عین حال قوی است که برای طیف وسیعی از کاربردهای حرفه ای ایده آل است. چاپ سه‌بعدی با پلی کربنات امکان تولید قطعات پیچیده و مقاوم در برابر حرارت را با فناوری FDM فراهم می کند. PC  به دلیل استحکام و شفافیت آن بسیار مورد توجه صنعت تولید مواد افزودنی است. چگالی بسیار کمتری نسبت به شیشه دارد که آن را به ویژه برای طراحی قطعات نوری، صفحه­های محافظ یا اشیاء تزئینی جالب می­کند.

فیلامنت پلی­کربنات می تواند دمایی از 150- درجه سانتیگراد تا 140 درجه سانتیگراد را تحمل کند، بنابراین تعداد کاربردهای ممکن را افزایش می دهد. با این حال فیلامنت پلی­کربنات دارای چند محدودیت است: این پلیمر یک ترموپلاستیک رطوبت گیر است، به این معنی که رطوبت هوا را جذب می کند. بنابراین، اگر در محیط خشک نگهداری نشود، متورم می شود و مشکلات اکستروژن ایجاد می­کند. همچنین به UV و هیدرولیز بسیار حساس است، به این معنی که کاربردهای خارج از منزل باید فراموش شود. در نهایت، فیلامنت پلی کربنات از نظر چسبندگی به صفحه ساخت، مشکلاتی را به همراه دارد: از آنجایی که دمای چاپ آن بالا است، تمایل به کنده شدن از صفحه و یا تاب برداشتن دارد. و به یک بستر گرم احتیاج است.

Nylon

PA (پلی آمید) یک پلاستیک مهندسی است که با مقاومت زیاد در برابر ضربه و توانایی کار در دمای 120 درجه سانتیگراد برای مدت زمان طولانی و معمولاً به عنوان فیلامنت نایلون شناخته می­شود، نیمه انعطاف پذیر است و رفتار آن از یک ساختار نیمه کریستالی ناشی می­شود که استحکام و دوام ایجاد می­کند و برای سخت ترین کاربردهای فنی در چاپ سه‌بعدی مناسب است. ضریب اصطکاک پایین آن، امکان استفاده کوتاه مدت در تماس با قطعات متحرک را فراهم می­کند. مقاومت بالا در برابر سایش، مقاومت حرارتی (تا 120 درجه سانتی­گراد) و مقاومت خوب در برابر روغن و قلیا از دیگر ویژگی­های این فیلامنت است.

فیلامنت نایلون یک ماده فنی با مقاومت ضربه­ای عالی و کشیدگی مناسب در هنگام شکست است. به شدت تحت تاثیر رطوبت محیط قرار می­گیرد. ساخت قطعات قوی و انعطاف پذیر، اجزای سازه ای در معرض یک محیط خشن، قطعاتی که به استقامت خستگی بالا نیاز دارند، بلبرینگ، مهره، واشر و چرخ دنده، غلطک ها، اتصالات محکم و کانکتورها، جگ ها و فیکسچرها، روکش های الکترونیکی و دسته ابزار، از رایج ترین کاربردهایی است که فیلامنت نایلون را به ماده مناسبی برای چاپ سه‌بعدی تبدیل کرده­است.