فیلامنت پرینتر سه بعدی

در سال‌های اخیر با گسترش روز افزون استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی در کشور، مصرف مواد اولیه این دستگاه‌ ها رو به گسترش است. متریال یا مواد مصرفی پرینتر های سه‌ بعدی FDM از رشته‌های پلیمری (پلاستیکی) ساخته می‌شود که به آن فیلامنت یا Filament می‌گویند. این فیلامنت ها، از پلیمرهای ترموپلاستیک تشکیل شده­اند که طی فرآیند پرینت، ذوب شده و مدل سه‌ بعدی موردنظر را پس از سرد شدن به وجود می­ آورند.

فیلامنت های مختلف مورد استفاده در چاپ سه­ بعدی، هر کدام دمای ذوب و دمای بستر مخصوص به خود را در فرآیند چاپ دارند و در رنگ­ ها، جنس و ضخامت‌های مختلفی به بازار عرضه می‌شوند. این مواد بسته به دمای ذوب خود تغییر حالت داده و پرینتر سه‌ بعدی از طریق نازل می‌تواند لایه‌ها را روی هم قرار دهد تا قطعه مدنظر ساخته شود.

نکته برجسته فیلامنت‌ های چاپ سه‌ بعدی این است که باید قطر رشته‌ های فیلامنت در طول کل رول، کاملا ثابت (با تلرانس 03/0± میلی‌متر) باشد. این مساله تولید فیلامنت‌ های پرینتر سه بعدی را به یکی از پرچالش ­ترین و پیچیده­ ترین تولیدات ایکستروژن تبدیل می‌کند.

 

انواع فیلامنت ها

پرمصرف ترین فیلامنت‌ های مورد استفاده در پرینتر سه‌ بعدی، از جنس ABS، PLA و فیلامنت‌ های انعطاف پذیر (با نام اختصاصی X-Flex در شرکت ایکستروژن) هستند. این فیلامنت‌ها در رنگ‌ ها و وزن­ های متنوع توسط شرکت ایکستروژن تهیه و در اختیار مصرف کنندگان قرار می­گیرد.

فیلامنت PLA

فیلامنت PLA یا Polylactic Acid ، یک ترموپلاستیک است که از منابع تجدیدپذیر مانند نشاسته ذرت یا نیشکر به دست می آید. زیست تخریب پذیر تحت شرایط مناسب، PLA یکی از محبوب ترین پلاستیک های زیستی است و برای کاربردهای مختلف از لیوان های پلاستیکی گرفته تا ایمپلنت های پزشکی مناسب است.

در مقایسه با بسیاری از مواد پرینت سه بعدی دیگر، PLA کاملاً مقرون به صرفه است و در ازای قطعات با کیفیت بالا با سطح نسبتاً صاف، ارزش پولی خوبی را ارائه می دهد. چاپ فیلامنت PLA آسان است و سفتی بالاتری نسبت به ABS و سایر مواد مانند نایلون دارد، اگرچه دمای بالا یا استرس قابل توجه را به خوبی تحمل نمی کند. در حالی که PLA از ABS و نایلون قوی تر است، بسیار مقاوم در برابر حرارت یا مواد شیمیایی نیست.

فیلامنت ABS

فیلامنت ABS یا Acrylonitrile Butadiene Styrene ، یکی دیگر از فیلامنت های رایج است. این یک وسیله معمولی در چاپ سه بعدی است و در دنیای قالب گیری تزریقی بسیار محبوب است. کاربردهای واقعی فیلامنت ABS شامل اسباب‌بازی‌ها (آجرهای لگو)، محفظه‌های لوازم الکترونیکی، قطعات خودرو، لوازم خانگی و موارد دیگر است. سخت و مقاوم در برابر ضربه تا حدی خاص، ABS دارای خواص مکانیکی برتر نسبت به PLA است و در عین حال سبک تر و بادوام تر است. با این حال، موازنه این است که چاپ با آن دشوارتر است و اغلب برای چاپ موثر به دمای بالاتر نیاز دارد. این ماده می تواند گرما را به طور موثرتری نسبت به PLA منحرف کند، اما کاملاً از نظر مقاومت در برابر حرارت شناخته شده نیست. و برای اپراتورهای پرینترهای سه بعدی، توجه داشته باشید که ABS می تواند بوهای قوی را در طول فرآیند تولید ایجاد کند.

فیلامنت XFLEX

فیلامنت انعطاف پذیر XFlex ، نوعی دیگراز فیلامنت های مورد استفاده در صنعت پرینتر سه بعدی و متریالی بسیار کاربردی برای طراحی مدل­های پیچیده که نیاز به کشسانی و تحرک دارند، می­باشد. با این متریال، قطعاتی که نیاز به انعطاف بالا دارند را می­توانید به صورت سه بعدی پرینت کرده و استفاده کنید. فیلامنت­های انعطاف پذیر از الاستومرهای ترموپلاستیک (TPE) ساخته شده ­اند که ترکیبی از پلاستیک سخت و لاستیک هستند. همانطور که از نام آن پیداست، این ماده دارای خاصیت ارتجاعی است که به پلاستیک اجازه می­دهد به راحتی کشیده و خم شود.

فیلامنت چوب

فیلامنت Wood (چوب) یکی از انواع فیلامنت‌های استفاده شده در پرینت سه‌بعدی است که به‌واسطه خصوصیات ظاهری واقعیستی که دارد، بسیار محبوب شده است. فیلامنت چوب (Wood) از موادی مانند پودر چوب و پلیمرهای مختلف تشکیل شده است. که با هم ترکیب شده‌اند تا خصوصیات فیزیکی و شیمیایی بهتری را ایجاد کنند. در ترکیب فیلامنت چوب، پودر چوب به عنوان ماده اصلی استفاده می‌شود که از سه نوع چوب درختان مختلف تهیه می‌شود؛ به طور مثال، چوب سرو، سندان و کاج. پلیمرهایی مانند PLA (Acid Polylactic) و ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) هم به آن اضافه می‌شوند تا به‌طور کلی خواص مکانیکی فیلامنت بهبود پیدا کند. همچنین، برای بهبود ویژگی‌های مختلف فیلامنت‌ های چوب، ترکیباتی همچون واکنش‌دهنده‌ها، افزودنی‌ها و ترکیبات شیمیایی دیگر نیز به آن‌ها اضافه می‌شوند.

فیلامنت PETG

فیلامنت PETG (Polyethylene terephthalate glycol-modified) یکی دیگر از مواد پرطرفدار پرینت سه بعدی است. فیلامنت PETG یک نسخه اصلاح شده از PET است، پلاستیکی که احتمالاً با بطری های آب یکبار مصرف و سایر ظروف شفاف مرتبط می شود. تفاوت اصلی بین PETG و PET در “G” نهفته است، که نشان دهنده تغییر گلیکول است که نقطه ذوب PETG را کاهش می دهد و چاپ سه بعدی را آسان می کند.

مانند مواد پایه خود، PETG عمدتاً از نفت خام، به ویژه اجزای شیمیایی گلیکول و اسید ترفتالیک تهیه می شود. این مواد شیمیایی از روغن استخراج می‌شوند و سپس حرارت داده و مخلوط می‌شوند تا پلاستیک خام PETG ایجاد شود. در حالی که بدیهی است که نفت دوستدار محیط زیست ترین منبع نیست، بسیاری از مراکز بازیافت PETG را می پذیرند، بنابراین این نوع پلاستیک کاملاً برای محیط زیست مضر نیست.

PETG بیشتر به دلیل دوام و استحکام شناخته شده است و پلاستیک در برابر دماهای بالا، اشعه UV، آب، حلال های شیمیایی و غیره مقاوم است. همه اینها باعث می شود PETG به گزینه ای ایده آل برای مواد فیلامنتی برای چاپ قطعاتی تبدیل شود که در محیط های سخت وجود دارند یا باید تحت فشار فیزیکی زیادی قرار گیرند.

ویژگی های یک فیلامنت خوب

1) بر اثر گرما دهی، بویی از خود متصاعد نکند.

2) در تمامی‌ طول خود، دارای قطر یکسانی باشد و تلرانس ضخامتی نداشته باشد یا اندک باشد.

3) داخل آن حباب‌های هوا محبوس نباشند، وجود حباب باعث خراب شدن و کاهش ظرافت خروجی قطعه خواهد شد.

4) در طول آن هیچ گونه قطعی و شکستگی وجود نداشته باشد. به دلیل اینکه وجود شکستگی باعث نرسیدن مواد به اکسترودر و ایجاد نقص درکار می­شود.

5) جنس مواد اولیه بکار رفته در آن مرغوب باشد تا خروجی کار دارای کیفیت باشد.

6) چسبندگی لایه‌های پرینت به یکدیگر خوب باشد .

7) مشخصات ابعادی قطعه پرینت شده پس از پرینت تغییر پیدا نکند.

8) رنگ دانه ­های فیلامنت به طور کامل و یکنواخت در داخل فیلامنت پخش شده باشد.

شایان ذکر است که فیلامنت‌ها قابل بازیافت نمی­باشند و پس از روان شدن بر اثر گرما نمی­توان آن‌ها را به حالت اولیه برگرداند.

تولید فیلامنت‌ های پرینتر سه‌ بعدی در زمینه‌ های مختلف، حساسیت‌های بسیار بالایی دارند و سطح فناوری به نسبت بالایی برای تولید آن‌ها نیاز است. این حساسیت‌ها از زوایای مختلف فرمولاسیون، طراحی فرآیند، طراحی مکانیکی و شکل­ دهی پلیمر قابل بررسی هستند.

 

 

سوالات متداول

در زیر می‌توانید پاسخ سوالات خود را بیابید. در غیر این صورت از ما بپرسید، ما همیشه به سوالات شما پاسخ خواهیم داد. (جهت ویرایش این قسمت به پیکربندی پوسته > تب متفرقه > سوالات متداول مراجعه نمایید.)