راهنما و کاربردهای پرینت سه بعدی شفاف

مواد شفاف، مانند شیشه یا آکریلیک، کاربردهای گسترده‌ای در محصولات مصرفی، استفاده‌های صنعتی، بهداشت و درمان و بسیاری موارد دیگر دارند. با این حال، نمونه‌سازی یا تولید حجم‌های کم قطعات شفاف با روش‌های سنتی می‌تواند پرهزینه و ناکارآمد باشد، که این سؤال را مطرح می‌کند: آیا می‌توان قطعات شفاف را با پرینت سه بعدی تولید کرد؟ پاسخ بله است، با داشتن تکنولوژی و مواد مناسب.

پرینت سه بعدی استریولیتوگرافی (SLA) می‌تواند اجسام شفافی ایجاد کند که با کمی پس‌پردازش می‌توان آنها را به‌طور نوری شفاف کرد. آخرین پرینترهای رزینی شرکت Formlabs، یعنی Form 4 سریع و جمع‌وجور و Form 4L با فرمت بزرگ، شفافیت را یک گام جلوتر برده‌اند. این دستگاه‌ها با استفاده از مخزن رزینی انعطاف‌پذیر که نیروهای جداکننده را کاهش می‌دهد، قطعات شفافتری با سطح صاف تولید می‌کنند.

برای تولید قطعات سه‌بعدی نیمه‌شفاف و شفاف، مواد مختلفی وجود دارد:

• رزین شفاف (Clear Resin) رزینی بسیار شفاف و بی‌رنگ است که تعادلی عالی بین سرعت چاپ بالا، دقت بالا، شفافیت، ویژگی‌های مکانیکی قوی و فرآیند کاری آسان و مطمئن ارائه می‌دهد. این ماده برای کاربردهایی مانند سیالات، قالب‌سازی، اپتیک، نورپردازی، نمایش ویژگی‌های داخلی و هر قطعه‌ای که نیاز به نیمه‌شفافیت دارد، ایده‌آل است.
• رزین الاستیک 50A  (Elastic 50A Resin) ماده‌ای نرم و کشسان است که نیمه‌شفاف است و برای نمونه‌سازی قطعاتی که معمولاً با سیلیکون تولید می‌شوند مناسب است.
• رزین انعطاف‌پذیر A80 (Flexible 80A Resin) ماده‌ای سخت‌تر و با سطح نرم است که نیمه‌شفاف بوده و برای شبیه‌سازی انعطاف‌پذیری لاستیک یا TPU مناسب است.
• رزین BioMed Clear ماده‌ای شفاف، سخت، قوی و مقاوم در برابر سایش است که برای کاربردهای زیست‌سازگار و تماس طولانی‌مدت با پوست (بیش از 30 روز)، مسیرهای گاز تنفسی و تماس با غشاهای مخاطی (بیش از 30 ساعت) یا تماس کوتاه‌مدت با استخوان، بافت و دندان (کمتر از 24 ساعت) مناسب است.
• رزین BioMed Elastic 50A ماده‌ای نرم، کشسان و شفاف است که برای کاربردهای زیست‌سازگار با نیاز به راحتی و تماس طولانی‌مدت با پوست (بیش از 30 روز) یا تماس کوتاه‌مدت با غشاهای مخاطی (کمتر از 24 ساعت) مناسب است.
• رزین BioMed Flex 80A ماده‌ای سفت، انعطاف‌پذیر و شفاف است که برای کاربردهای زیست‌سازگار با نیاز به دوام و تماس طولانی‌مدت با پوست (بیش از 30 روز) یا تماس کوتاه‌مدت با غشاهای مخاطی (کمتر از 24 ساعت) مناسب است.

در این راهنما، روش‌های مختلف پرداخت نهایی برای ایجاد قطعات شفاف پرینت سه بعدی برای انواع کاربردها، از اپتیک تا لوله‌های نور و سیالات را بررسی می‌کنیم. این روش‌ها از راه‌حل‌های سریع برای شفافیت مناسب تا تکنیک‌های خاص برای ایجاد قطعات نوری کاملاً شفاف متغیر هستند.

کاربردهای پرینت سه بعدی شفاف

پرینت سه بعدی شفاف و نیمه‌شفاف برای ایجاد قطعات نمونه شفاف، نمایش حفره‌ها و جزئیات داخلی، قرار دادن LED‌ها، ساخت پنجره‌ها یا چاپ مدل‌های آناتومیک و دستگاه‌های پزشکی مناسب است.
Formlabs و مشتریان ما از رزین شفاف برای ایجاد لنز کاملاً شفاف برای یک دوربین چاپ‌شده سه‌بعدی، کاشی‌هایی برای نصب لنز فرسنل در میدان تایمز، لوله‌های نور، منشورها، دستگاه‌های میلی‌سیالات و موارد دیگر استفاده کرده‌اند.

آیا می‌توان آکریلیک را با پرینت سه بعدی تولید کرد؟

بله، اما با محدودیت‌هایی. پلی‌متیل‌متاکریلات (PMMA)، که معمولاً به‌عنوان آکریلیک شناخته می‌شود، یک ترموپلاستیک شفاف است که معمولاً به‌عنوان جایگزین مقاوم‌تر شیشه استفاده می‌شود. در حالی که پرینت سه بعدی آکریلیک با پرینترهای FDM امکان‌پذیر است، اما کاربرپسند نیست زیرا ماده آن سمی بوده و مستعد تاب‌خوردگی است و قطعات چاپ‌شده نیز به دلیل وضوح کمتر چاپگرهای FDM تنها نیمه‌شفاف هستند.

برای پرینت سه بعدی قطعات کاملاً شفاف شبیه به آکریلیک، پیشنهاد می‌کنیم با پرینتر SLA و استفاده از رزین شفاف چاپ کنید و سپس با استفاده از یکی از روش‌های ذکرشده قطعات چاپ‌شده را پس‌پردازش کنید. استفاده از اسپری آکریلیک یکی از روش‌های اطمینان از شفافیت است.

روش‌های پس‌پردازش چاپ‌های سه‌بعدی شفاف

چندین تکنیک برای پس‌پردازش قطعات چاپ‌شده با رزین شفاف آزمایش شده است و هر گزینه پرداخت بسته به درجه شفافیت و کیفیت سطحی که قطعه شما نیاز دارد، به سطوح مختلفی از تلاش نیاز دارد.

سنباده‌زنی و پولیش دستی

سنباده‌زنی و پولیش دستی می‌تواند برای اشکال ساده با جزئیات کم مؤثر باشد، اما برای مدل‌های پیچیده کمتر مناسب است. دستیابی به شفافیت نوری کامل با این روش بسیار دشوار است.
برای فینیش دستی یک قطعه شفاف، باید از سنباده‌های بسیار ریز استفاده کنید، اما با کمی تلاش، می‌توانید قطعات را به وضوح یک ذره‌بین صاف و شفاف کنید. با این حال، کاملاً حذف خطوط لایه‌ای با پردازش دستی چالش‌برانگیز است و ممکن است وقتی قطعه را با زاویه کم به نور می‌گیرید، خش‌های میکروسکوپی مشاهده کنید.

از سنباده‌های مختلف با درجات مختلف استفاده کنید تا سطح خود را صاف کنید، سپس قطعه را با تمیزکننده آکریلیک و پارچه میکروفیبر پولیش کنید.

در حدود 3000 درجه، قطعات چاپ‌شده سه‌بعدی شفاف براق و بسیار صاف به‌نظر می‌رسند. در 12000 درجه، آنها بازتاب‌دهنده می‌شوند. از سنباده‌ها و پدهای میکرو مش با درجات مختلف از 400 تا 12000، در گام‌های 200 استفاده کنید و به‌آرامی و با دقت، قطعات را بین سطوح درجه تمیز کرده و خش‌ها را از سطح قبلی قبل از حرکت به سطح بعدی از بین ببرید.

اگر به قطعه‌ای نیمه‌شفاف نیاز دارید، از روغن معدنی برای ایجاد یک فینیشینگ یکنواخت و پنهان کردن لکه‌های نوری روی قطعه استفاده کنید.

پوشش اسپری

پوشش اسپری یک روش آسان و سریع برای بهبود شفافیت قطعات است بدون اینکه جزئیات زیادی کاهش یابد. این روش برای انواع مدل‌ها مؤثر است، زیرا قادر به پوشش دادن جزئیات پیچیده‌ای است که ممکن است با سنباده‌زنی و پولیش معمولی دسترسی به آنها سخت باشد.
پوشش شفاف به‌تنهایی به پنهان کردن خطوط لایه‌ها کمک می‌کند و قطعات را از تابش UV محافظت می‌کند، که می‌تواند باعث زرد شدن و پخت غیرمنتظره بعد از چاپ شود. اگر به دنبال یک سطح صاف و شفاف شبیه به شیشه هستید، قبل از پوشش‌دادن، از روش سنباده‌زنی و پولیش دستی استفاده کنید؛ هرچه سنباده‌زنی بیشتری قبل از پوشش شفاف انجام دهید، شفافیت بهتری خواهید داشت. این مرحله اضافی برای پردازش قطعات نمونه‌ای که شبیه پلاستیک کاملاً شفاف به‌نظر می‌رسند عالی است، مانند بسته‌بندی‌ها، بطری‌ها و میکروسیالات.

گزینه‌های مختلفی برای پوشش شفاف چاپ‌های سه‌بعدی وجود دارد، از اسپری‌های ارزان تا محصولاتی که به اتاق و ابزار اختصاصی نیاز دارند.

• اسپری‌های پوشش شفاف عمومی: تنوع زیادی از اسپری‌های با کیفیت بالا و مقرون به‌صرفه وجود دارد. ما استفاده از پوشش شفاف 2K را پیشنهاد می‌کنیم.
• اسپری‌های خودرویی: پوشش‌های شفاف اکریلیک یوریتان با درصد بالای جامدات براقیت بسیار بالایی دارند و برای شرایط خشک‌شدن هوا و پخت مناسب هستند، اما به تفنگ اسپری و فضای اختصاصی برای اسپری نیاز دارند و همچنین به یک لایه زیرین نیاز است.

برای پوشش اسپری، با یک قطعه تمیز و خشک که قبلاً با الکل ایزوپروپیل (IPA) شسته شده است، شروع کنید. قبل از اسپری کردن قطعه را پس‌پخت نکنید، زیرا این می‌تواند باعث زرد شدن شود. اجازه دهید قطعه به‌طور طبیعی خشک شود. وقتی کاملاً خشک شد، دو یا سه لایه اسپری در یک محیط بدون گرد و غبار بزنید.
نکته: برای هزینه‌ای معین، کارگاه‌های بدنه اتومبیل ممکن است پوشش‌دهی را برای شما با اسپری‌هایی مانند Lesonal Universal Clear انجام دهند. در بیشتر موارد، این کارگاه‌ها از حلال سبک، مانند نفتا، برای تمیز کردن و آماده‌سازی سطح قطعه قبل از رنگ‌آمیزی استفاده خواهند کرد.

پوشش رزین

این روش زمانی بهترین گزینه است که به قطعاتی با شفافیت بسیار بالا نیاز دارید، و تنها بر روی سطوح صاف یا تقریباً صاف، مانند لنز یا پنجره‌ای به داخل یک قطعه، کار می‌کند.

غوطه‌وری در رزین منجر به قطعاتی می‌شود که سطح بسیار صاف و با بازتاب‌های شفاف و تیز دارند.
این تکنیک می‌تواند برای ایجاد یک سطح حتی صاف‌تر برای قطعات چاپ‌شده با دیگر مواد SLA استفاده شود، اگرچه ممکن است جزئیات را کاهش دهد.

رزین شفاف را به صورت قطره‌ای از طریق یک سرنگ روی قطعه بزنید، یا قطعه را به دلخواه غوطه‌ور کنید. رزین ویسکوزیته‌ای که به داخل لایه‌ها و خش‌ها نفوذ می‌کند، سطحی کاملاً صاف می‌سازد.
لایه رزین باید تا حد امکان نازک باشد، در عین حال که خطوط لایه‌ها را از بین می‌برد. هر حباب را با استفاده از سرنگ بیرون بکشید. قطعه را با استفاده از تنظیمات مناسب کاملاً پس‌پخت کنید، سپس این فرایند را برای طرف دیگر نیز تکرار کنید، هر دو غوطه‌ور کردن و پس‌پخت.

نتیجه‌گیری

در نهایت، پرینت سه بعدی شفاف می‌تواند به طور مؤثر برای تولید قطعات شفاف با دقت بالا، از جمله لنزها، مدل‌های آناتومیک، لوله‌های نور و کاربردهای پزشکی استفاده شود. استفاده از تکنیک‌های مختلفی مانند سنباده‌کاری دستی، پوشش اسپری و غوطه‌وری در رزین، می‌تواند کیفیت و شفافیت قطعات چاپ‌شده را به طور قابل توجهی بهبود بخشد. این فرآیندها به شما این امکان را می‌دهند که قطعات شفاف با سطح نهایی عالی و شفافیت مطلوب تولید کنید. با استفاده از مواد مختلف رزینی مانند Clear Resin، Elastic Resin و BioMed Resins، می‌توان به طیف وسیعی از نیازهای صنعتی و پزشکی پاسخ داد. انتخاب روش‌های مناسب بر اساس پیچیدگی مدل و نیاز به شفافیت، می‌تواند نتایج بی‌نظیری را در پروژه‌های مختلف فراهم آورد.