در مقاله “حلال های مورد استفاده در صنعت پرینتر سه بعدی” به چه موضوعاتی پرداخته شده است :

• معرفی حلال های فیلامنت ABS
  
• PLA
• Wood
• PETG
• PVA
  
• Hips

حلال های مورد استفاده در صنعت پرینتر سه بعدی

یکی از معایب عمده پرینت سه بعدی FDM این است که در نتیجه حرکت از یک لایه به لایه بعدی در امتداد محور Z، خطوط بین لایه­­ها قابل مشاهده خواهند بود و برجستگی­هایی روی سطح قطعه ایجاد می­کند. خطوط لایه به ویژه هنگام استفاده از ارتفاع لایه بیشتر (رزولوشن محور Z کمتر) و هنگام چاپ قطعاتی با انحنای بیشتر، نمایان تر می‌شوند. درنتیجه پس از حذف ساپورت، صاف­ کردن احتمالاً مهم­ترین تکنیک پس از پردازش برای قطعات پرینت سه ­بعدی FDM است. به طور کلی، حلال‌ها، پس از چاپ، برای حل کردن و از بین بردن عیوب یا شیارهای بیرونی یک چاپ سه بعدی استفاده می‌شوند. صاف کردن، به قطعات چاپ شده ظاهر قالب­های تزریقی با کیفیت بالا می­دهد و این فرآیند را می‌توان با بودجه کمی‌‌ انجام داد. در این مقاله، حلالیت قطعات چاپ شده با فیلامنت‌های مختلف را بررسی خواهیم کرد:

1) ABS

آکریلونیتریل­بوتادین­استایرن (ABS) یک پلیمر ترموپلاستیک است که از پلیمریزاسیون استایرن و آکریلونیتریل در حضور پلی بوتادین ساخته می‌شود. مانند سایر پلیمرها، ABS در برابر برخی از مواد مقاوم و در برابر مواد دیگر آسیب پذیر است. به طور کلی در میان تمام فیلامنت­های رایج مورد استفاده در فرآیند پرینت سه بعدی، ABS شاید بهترین گزینه برای صاف کردن و حلال پذیرترین فیلامنت باشد.

صاف کردن قطعات ABS راهی برای از بین بردن خطوط ظاهری لایه و تغییر بافت سطحی قطعه از مات به براق است. این فرآیند معمولاً به دلایل زیبایی انجام می‌شود، اما می‌تواند مزایای عملکردی نیز داشته باشد مثلا قطعات صاف و بدون اصطکاک ممکن است به دلایل مکانیکی یا تسهیل مونتاژ چندین جزء مورد نیاز باشد.

به طور کلی وقتی صحبت از صاف کردن می‌شود، مهم‌‌ترین واقعیت در مورد ترکیب شیمیایی ABS حلالیت آن در استرها، کلروفرم، اتیلن دی کلرید و کتون‌های مختلف است که استون یکی از آن‌هاست. موادی مانند کلروفرم و اتیلن دی کلرید سمی‌هستند و نیاز به اقدامات احتیاطی گسترده­ای دارند، اما استون ملایم­تر است و در محیط‌های کنترل نشده بسیار راحت­تر قابل استفاده است. به عنوان مثال، یک ماده فعال در پاک کننده لاک ناخن است. حلالیت این فیلامنت در استون، منجر به ایجاد قطعاتی صاف و براق شده و آن را به فیلامنتی بسیار مناسب برای برای مصرف در موارد خاص تبدیل می‌کند.

بهبود کیفیت چاپ با فیلامنت ABS

اگر تمایل دارید کیفیت و ظاهر محصولات پرینت شده خود با فیلامنت ABS را به حداکثر برسانید، باید قطعات خود را صاف و پردازش کنید (با این حال، در صورتی که قطعه نیاز به تحمل ابعاد دقیق داشته باشد، هنگام صاف کردن باید احتیاط کنید. این به این دلیل است که صاف کردن مقدار کمی‌از مواد سطح را از بین می‌برد و در نتیجه ابعاد قطعه را تغییر می‌دهد).

با این حال، همانطور که اشاره کردیم، صاف کردن استون باید با احتیاط انجام شود. اگرچه استون نسبت به سایر عوامل صاف کننده مانند کلروفرم از خطر کمتری برخوردار است، اما استفاده نادرست از آن، خطراتی برای ایمنی انسان ایجاد می‌کند که مهم‌‌ترین آن‌ها اشتعال پذیری و پتانسیل آن برای تحریک پوست و چشم است. افرادی که تازه وارد فرآیند صاف کردن با استون می‌شوند باید با نکات ایمنی لازم برای کار با آن آشنا شوند و حتی­الامکان از ماسک و دستکش استفاده کنند و این فرآیند را در یک محیط با تهویه مناسب انجام دهند. اگر این اقدامات ایمنی رعایت شود، متوجه خواهید شد که استون ماده شیمیایی بسیار موثری برای بهبود کیفیت بصری قطعات ABS است.

برای اعمال استون بر روی ABS، یا می‌توانید از براش استفاده کنید و یا قطعه پرینت شده را به مدت چند ثانیه در حمام استون قراردهید و یا از بخارات استون برای صاف کردن قطعه استفاده کنید.

2) PLA

PLA (پلی لاکتیک اسید) یکی از پرکاربردترین مواد پرینت سه بعدی FDM و یک ترموپلاستیک زیست تخریب پذیر است که پردازش آن آسان است و به دمای چاپ بالا نیاز ندارد. با وجود پردازش آسان، پرینت‌های سه‌بعدی با فیلامنت‌های PLA همچنان درگیر خطوط لایه‌ای هستند و ممکن است از نقص‌ها و ناهماهنگی‌های سطحی رنج ببرند. بنابراین، برای تولید چاپ‌های باکیفیت با سطح صاف، به درجه خاصی از پس پردازش نیاز است. دو روش اصلی برای صاف کردن پرینت‌های فیلامنت PLA وجود دارد:

الف) یکی شامل استفاده از حلال‌های شیمیایی است که مقادیر کمی‌از PLA را از سطح قطعه حل می‌کند.

ب)  فرآیندهای غیر شیمیایی، از جمله سنباده زدن.

 در این مقاله نگاهی دقیق‌تر به رویکردهای مختلف برای حل کردن و صاف کردن فیلامنت‌های PLA، ارزیابی انواع مختلف حلال‌ها و همچنین روش‌های غیر حلال می‌اندازیم.

موثرترین حلال فیلامنت PLA

در رابطه با استفاده از حلال‌های شیمیایی، از نظر فنی، استون می‌تواند PLA را تجزیه کند اما در دماهای بالا و زمان‌های طولانی. گزینه بعدی اتیل استات می‌باشد که یک ترکیب استری آلی است و با فرم مایع شفاف و بوی میوه ای مشخص می‌شود. این حلال در برخی از محصولات مصرفی مانند چسب و پاک کننده ناخن غیر استونی و همچنین محصولات صنعتی بیشتر مانند پاک کننده رنگ استفاده می‌شود. به عنوان یک حلال نسبتا مناسب، اتیل استات در تجزیه و انحلال PLA موثرتر از سایر مواد عمل می­کند. با استفاده از مقدار کمی‌‌از این ماده شیمیایی روی سطح چاپ خود یا استفاده از بخارات آن، می‌توانید عیوب قطعات خود را تا حدودی برطرف کنید.

اتیل استات سمی‌نیست، اما قابل اشتعال است و هنگام کار با آن بایستی از محافظ مناسب مانند دستکش استفاده کنید و در فضایی با تهویه مناسب کار کنید.

معرفی حلال های بیشتر برای PLA

متیل اتیل کتون :

متیل اتیل کتون (MEK) که با نام بوتانون نیز شناخته می‌شود هم می‌تواند به عنوان یه عامل مناسب برای انحلال PLA استفاده شود. با وجود نتایج قابل قبول، MEK به دلیل سمیت و فراریت آن به طور گسترده برای صاف کردن PLA پیشنهاد نمی‌شود. این ماده شیمیایی بسیار قابل اشتعال و بالقوه قابل انفجار است. همچنین در صورت تنفس می‌تواند باعث سوزش چشم، بینی و گلو شود. بنابراین MEK بیشتر در محیط‌های صنعتی کنترل شده استفاده می‌شود و برای استفاده خانگی توصیه نمی‌شود.

تتراهیدروفوران :

تتراهیدروفوران (THF) هم به عنوان یک ترکیب آلی و یک حلال صنعتی همه کاره است که در رزین‌ها، پلیمرهای بالا، چسب‌ها، پوشش‌های پلیمری، رنگ‌ها و موارد دیگر استفاده می‌شود، مانند MEK، هنگام استفاده در ترکیب با PLA موثر عمل می‌کند، بخارات آن می‌تواند به سرعت عیوب سطح را از بین ببرد و در نتیجه سطح صافی ایجاد کند. اما THF یک ماده شیمیایی خطرناک است و باید با دقت زیاد استفاده شود. در صورت استنشاق، THF می‌تواند باعث حالت تهوع، سردرد و سرگیجه شود و در صورت تماس با پوست، باعث تحریک شدید می‌شود. THF حتی در شرایط محیطی نیز بسیار قابل اشتعال است.

دی کلرومتان :

دی کلرومتان (DCM) یک مولکول کلردار آلی با شباهت‌های زیادی به کلروفرم است (تفاوت اصلی بین آن‌ها تعداد اتم‌های کلر در هر مولکول است). DCM یک حلال شیمیایی است که در صنایع مختلف در تولید چسب، رنگ، داروسازی و همچنین در صنایع فلزی استفاده می‌شود. در حالی که DCM مانند بسیاری از حلال‌های دیگر قابل اشتعال نیست، قرار گرفتن در معرض این ماده شیمیایی می‌تواند باعث مشکلات سلامتی جدی شود. قرار گرفتن در معرض کوتاه مدت می‌تواند اثرات منفی بر سیستم عصبی داشته باشد و قرار گرفتن در معرض طولانی مدت می‌تواند منجر به سرطان کبد و ریه شود. DCM قادر به حل کردن PLA است، اما به دلیل اثرات بهداشتی مرتبط با این ماده شیمیایی برای کاربران غیر متخصص چاپ سه بعدی توصیه نمی‌شود. اگر از DCM استفاده می‌کنید – البته باز هم توصیه نمی‌شود – حتما از دستکش، پوشش بدن و ماسک یا ماسک تنفسی استفاده کنید.

اگر امکان استفاده از مواد شیمیایی به دلیل خطرات احتمالی که برای سلامتی دارد را ندارید، یا اگر حلال‌ها نتایج مورد نظر شما را ارائه نمی‌دهند، تعدادی جایگزین غیرشیمیایی برای صاف کردن و پس از پردازش چاپ‌های PLA وجود دارد که سنباده زدن یکی از موثر‌‌ترین آن‌هاست.

3) Wood

فیلامنت‌های نوع چوب از لحاظ اینکه درصد غالب آن‌ها از PLA ساخته شده است، رفتارهای شیمیایی مشابه آن را دارند. ولی بهترین روش برای پس پردازش قطعات چاپ شده با فیلامنت چوب، سنباده زدن آن‌ها می‌باشد.

4) PETG

پلی­اتیلن­ترفتالات­-گلیکول که تحت عنوان PETG شناخته می­شود هم یکی از فیلامنت‌های موردتوجه در صنعت پرینت سه بعدی می‌باشد.

دی کلرومتان، تولوئن، سیکلوهگزانون و متیل­اتیل­کتون (MEK) رایج­ترین حلال‌های مورد استفاده برای PETG هستند گرچه سمی‌هستند و به دلایل مختلف به شدت کنترل می‌شوند.

با این حال، راه‌های جایگزین و بدون خطر دیگری از جمله سنباده زدن وجود دارد که می‌توانید برای پردازش قطعات چاپ شده با PETG از آن‌ها استفاده کنید.

5) PVA

PVA جزئی از خانواده پلیمرهای سنتزی است و زیست تخریب پذیر محسوب می­شود. این ماده با پلیمریزاسیون وینیل استات ایجاد می‌شود، که سپس هیدرولیز می‌شود تا ماده به شکل رشته برای چاپ سه بعدی به دست آید. ظاهری شفاف تا مایل به سفید دارد و در برابر روغن و گریس بسیار مقاوم است. از جمله مزایای اصلی این فیلامنت، قابلیت انحلال آن است و قابل توجه ترین نکته این است که برای انحلال فقط به آب نیاز دارد، یعنی به حلال هایی با اجزای پیچیده تر نیاز ندارد.

6) HIPS

HIPS (پلی استایرن با مقاومت ضربه بالا)، همان پلی استایرن با افزودنی های لاستیکی است. خواص مکانیکی و پایداری ابعادی خوبی دارد. پارامترهای پرینت و مکانیکی شبیه ABS هستند، اما HIPS سبک­تر است و بسیار کمتر جمع می‌شود. سطح قطعات چاپ شده با HIPS را می‌توان با لیمونن و استون صاف و حل کرد. برای استفاده از لیمونن کافی است نمونه را به مدت چند ثانیه (20-10 ثانیه) در حمام لیمونین فرو کنید . سپس اجازه دهید نمونه خشک شود. صاف کردن قطعات HIPS با استون هم بسیار راحت انجام می­شود و در نتیجه می­توان از استون هم به عنوان حلال HIPS یاد کرد.