دنیای فیلامنت‌ها: راهنمای جامع برای انتخاب بهترین مواد

مقدمه

انتخاب مواد مناسب برای ساخت یک قطعه، با گسترش سریع مواد در بازار روز به روز سختتر می­شود. مواد PLA  و ABS از ابتدا به دو پلیمر اصلی مورد استفاده در پرینت سه بعدیِ FDM تبدیل شده است. ولی دلیل اولیه سبقت گرفتن این مواد نسبت به مواد دیگر بیشتر اتفاقی بوده است. به همین دلیل باید جایی برای دیگر مواد برای ایفای نقش حیاتی در آینده FDM وجود داشته باشد.

حال ما شاهد محصولات جدیدی هستیم که استفاده از آنها متداول شده است، پلیمر­های خالص و کمپوزیت­ها. در این نوشتار ما در پلیمر­های خالصی که در بازار وجود دارند تمرکز خواهیم کرد:

PLA, ABS,PET,Nylon,TPU (flexible), PC

ما در این مطلب تفاوت‌های اساسی در مشخصات مواد را با استفاده از نمایه‌هایی خلاصه کرده‌ایم. تا مصرف کننده‌ها بتوانند به سرعت تصمیم خود را برای استفاده از بهترین پلیمر برای هدف مورد نظر خود بگیرند.

روش شناسی

معمولا مواد در سه دسته درجه بندی می­شوند: کارایی مکانیکی، کیفیت ظاهری و فرآیند ساخت. در اینجا ما برای روشن تر ساختن موضوع این دسته بندی­ها را تجزیه کرده‌ایم تا بتوانیم تصویری واضح تر از مشخصات پلیمرها ارائه دهیم. باید توجه داشت که انتخاب مواد شدیدا به مصرف کننده بستگی دارد بدین معنی که او باید مشخص کند که چه چیزی برای پرینت نیاز دارد. به همین دلیل ما شاخص‌های اساسی برای انتخاب مواد مناسب به غیر از شاخص های سرعت و قیمت را مورد بررسی قرار میدهیم.

• آسودگی پرینت : نشان دهنده این است که پرینت این ماده تا چه اندازه آسان است و در آن فاکتورهایی نظیر: چسب مورد استفاده در Bed، نهایت سرعت پرینت، درصد پرینت­های ناموفق، دقت جریان، راحتی در جایگذاری در پرینتر و …
• کیفیت ظاهری : یعنی زیبایی ظاهری قطعه خروجی در چه حد است.
• بیشترین فشار قابل تحمل : بیشترین فشار قابل تحمل در حالتی که فشار به آرامی افزایش پیدا میکند.
• مقاومت در برابر کشیدگی : بیشترین میزان طولی که قطعه را قبل از شکسته شدن می­توان کشید؛ در حالتی که فشار به آرامی افزایش پیدا میکند.
• مقاومت در برابر ضربات لحظه‌ای : انرژی مورد نیاز برای شکستن قطعه با ضربه‌ی لحظه‌ای.
• چسبندگی لایه‌ها ( ایزوتراپی ) : کیفیت چسبندگی بین لایه‌های مواد. این مورد مربوط به ایزوتراپیست بدین معنا که هر قدر کیفیت چسبندگی بیشتر باشد همانقدر قطعه ایزوتراپیک تر می­شود یعنی قابلیت تحمل فشار و کشیدگی از هر جهت نزدیک به هم و یکنواخت تر می­شود.
• مقاومت در برابر حرارت : بیشترین دمایی که قطعه پرینت شده میتواند بدون تغییر شکل و ذوب شدن، باقی بماند.

ما به دو دلیل زیراطلاعات اضافی که در تصاویر نیامده است را نیز اضافه کرده ایم:

• این مشخصات نه خوب هستند و نه بد بلکه آنها مشخصاتیست که ممکن است برای کاری مناسب باشد و برای کار دیگری نا مناسب، برای مثال: سختی.
• ما ارزیابی کمّیِ خوبی در این مورد نداریم ولی میدانیم که مشخصاتی مثل مقاومت در برابر رطوبت و سمّی بودن مواد مهم است.

نتایج :

هر ماده در پنج سطح از 1 تا 5 برای هر شاخص درجه بندی شده است. این نتایج مختص تکنولوژی FDM است و اگر از دیگر تکنولوژی‌های پرینت سه بعدی برای ساخت قطعه با این مواد استفاده شود نتایج فوق صحیح نمی­باشد.

فیلامنت پی ال ای (PLA)

PLA پلیمریست که به راحتی پرینت می­شود و کیفیت ظاهری بسیار خوبی ارائه می­دهد. بسیار سخت و محکم ولی شکننده می­باشد.

مزایا	معایب
منشا طبیعی، تجزیه پذیر (زیست تخریب پذیر)	مقاومت کم در برابر رطوبت
بدون بو	به راحتی نمیتوان آن را چسباند
میتوان بعد از چاپ با استفاده از سمباده پرداخت کاری کرد و یا با استفاده از آکرلیک رنگ کرد
مقاومت خوب در برابر فرا بنفش

 فیلامنت ای بی اس (ABS)

مزایا	معایب
امکان پرداخت کاری بعدی با بخار آستون	حساس به ماورای بنفش
امکان پرداخت کاری با استفاده از سمباده	ایجاد بو هنگام پرینت
امکان استفاده از آستون به عنوان چسب	انتشار دود هنگام پرینت
مقاوم در برابر سایش

فیلامنت پی ای تی (PET)

PET پلیمریست نسبتاً نرم که مشخصات جالبی دارد.

مزایا	معایب
مزایاسلامت بهداشتی مناسب برای مواد غذایی (دارای تایید FDA)
مقاومت زیاد در برابر رطوبت
مقاومت زیاد در برابر مواد شیمیایی
قابل بازیافت
مقاومت خوب در برابر سایش
قابل پرداخت با سمباده و رنگکاری با آکرلیک
قابلیت چسباندن با چسب

فیلامنت نایلون (Nylon)

نایلون دارای مشخصات مکانیکی بسیار خوب است، بخصوص مقاومت آن در برابر ضربات لحظه‌ای در بین مواد غیر قابل انعطاف، بیشترین است ولی در هر صورت چسبندگی لایه‌ها ممکن است یک مشکل به حساب آید.

مزایا	معایب
مقاومت در برابر مواد شیمیایی	مقاومت کم در برابر رطوبت
	انتشار دود هنگام پرینت

فیلامنت تی پی یو (TPU)

TPU بیشتر در مواردی مورد استفاده قرار میدهند که نیاز به نرم بودن و قابل انتعطاف بودن قطعه احساس می­شود ولی مقاومت آن در برابر ضربات لحظه­­ای باعث شده است از آن برای کاربردهای دیگر نیز استفاده کنند.

مزایا	معایب
مقاومت خوب در برابر سایش	ایجاد تغییر پس از پرینت بسیار سخت
مقاومت خوب در برابر روغن و گریس	چسب خوری خیلی ضعیف

فیلامنت پی سی (PC)

PC قوی ترین ماده موجود برای پرینت سه بعدی FDM می­باشد و می­تواند جایگزین مناسبی برای ABS باشد، زیرا بسیاری از مشخصات آن شبیه ABS  است.

مزایا	معایب
قابلیت استریل شدن	حساس به ماورای بنفش
احتی تغییرات بعد از پرینت

نتیجه گیری

انتخاب بهترین ماده برای ساخت یک قطعه با پرینت سه بعدی بسیار مهم و حیاتیست، مخصوصاً اگر قطعه مورد نظر برای کار بر روی چیزی تولید شده باشد نه برای مدل سازی. این نوشتار به مصرف کننده ها کمک می­کند تا بهترین ماده را نسبت به نیاز خود استفاده کنند. در هر حال ممکن است تامین کننده فیلامنت ترکیبات خاصی به مواد اضافه کند تا خصوصیات پلیمر خالص را تغییر دهد. ( برای مثال اضافه کردن فیبر کربن برای ایجاد موادی سخت تر).

** منظور از نایلون در این مقاله نایلون 6 است نه نایلون 11 و 12