کدام متریال پرینت FDM برای من مناسب است؟

مواد اولیه پرینت سه بعدی یکی از چیزهایی که برای رسیدن به محصول دلخواهتان هنگام پرینت سه بعدی موثر است انتخاب ماده اولیه یا فیلامنت مناسب برای پرینت سه بعدی است. در این نوشته متریال های مختلفی که در پرینترهای سه بعدی خانگی و صنعتی FDM قابل استفاده هستند بررسی می شوند.

تعداد متریال های قابل استفاده در پرینترهای FDM همواره درحال گسترش است ، در حال حاضر معمول ترین متریال های مورد استفاده در ایران PLA،ABS و نایلون هستند. ما در این نوشته علاوه بر این سه متریال، متریال های TPU،PET-که انعطاف پذیر است- و PC را هم که در دنیا کاربردهای زیادی دارند بررسی کرده ایم. این سه متریال نیز در ایران وجود دارند و امید است که مانند متریال های دیگر به زودی فراگیر شوند.

  مواد اولیه معمولا در سه دسته رده بندی می شوند: عملکرد مکانیکی، کیفیت ظاهری و پروسه تولید قطعه.  ما این دسته ها را به چند بخش تفکیک کرده ایم.

انتخاب ماده اولیه تا حد زیادی به قطعه ای که کاربر قصد دارد پرینت سه بعدی کند بستگی دارد. 

هفت متغیر برای سنجش ویژگی های متریال ها در نظر گرفته شده:

سادگی پرینت: پرینت سه بعدی FDM همیشه راحت نیست. چیزهایی مانند حرارت زیاد پرینتر گاهی باعث خراب شدن پرینت می شود و برای پرینت بعضی متریال ها باید اپراتور متخصص روند پرینت را کنترل کند.

کیفیت سطح: لایه لایه بودن پرینت سه بعدی باعث می شود که سطح نهایی کاملا” صیقلی نباشد . همچنین گوشه های تیز با بعضی مواد نرم می شوند.

مقاومت در برابر فشار: بیشترین فشاری که جسم می تواند پیش از شکستن تحمل کند.

بیشینه ی افزایش طول: بیشترین افزایش طولی که جسم پیش از شکستن دارد.

مقاومت در برابر ضربه: انرژی مورد نیاز برای شکستن جسم با یک ضربه ی ناگهانی.

چسبندگی بین لایه ها: خاصیت یکپارچگی جسم. به زبان تخصصی تر میزان “ایزوتروپ” بودن ماده.

مقاومت حرارتی: بیشترین دمایی که جسم پیش از تغییر شکل یا ذوب شدن تحمل می کند.

این ویژگی ها به طور ساده تر بین همه ی متریال ها در دیاگرام زیر نشان داده شده اند. در قسمت بعد این متریال ها را جدا با جزئیات بیشتر بررسی می کنیم.

نتایج

هر ماده اولیه در بین اعداد ۱ تا ۵ در هر مشخصه رده بندی شده است. این امتیاز ها برای استفاده از این مواد اولیه در پرینتر سه بعدی FDM رده بندی شده اند و پرینت سه بعدی آنها با تکنولوژی های دیگر ممکن است نتیجه متفاوتی بدهد. پلیمرها با استفاده از اطلاعات وبسایت Optimatter رده بندی شده اند:

پرینت سه بعدی پلاستیک PLA بسیار ساده است، کیفیت سطح خوبی دارد و محکم است اما در ضخامت های پایین شکننده است.

معمولا” وقتی نیاز به مقاومت حرارتی بالاتر و استحکام بیشتری داریم پلاستیک ABS را جای PLA انتخاب می کنیم. پرینت سه بعدی ABS مقداری مشکل تر از PLA است.

PET پلیمری است که به نسبت نرم تر است و ویژگی های خاصی دارد که برخی متریال های دیگر ندارند. پرینت سه بعدی با پلاستیک PET از ABS بسیار ساده تر است.

ویژگی های مثبت:

• Food Safe تایید شده توسط FDA
• مقاومت بالا در برابر رطوبت
• مقاومت شیمیایی بالا
• قابل بازیافت
• مقاومت سایشی بالا
• می تواند با کاغذ سمباده پولیش شود و قابل رنگ آمیزی با رنگ های اکریلیک است.
• قابل اتصال با انواع چسب.

نایلون بین مواد غیرانعطاف پذیر پرینت سه بعدی، بیشترین مقاومت را در برابر ضربه دارد و خواص مکانیکی خوبی دارد. اما از چسبندگی بین لایه های خیلی خوبی برخوردار نیست.

ویژگی های مثبت:

• مقاومت شیمیایی بالا

ویژگی های منفی:

• مقاومت پایین در برابر رطوبت
• انتشار گازهای سمی هنگام پرینت سه بعدی

پلاستیک TPU بیشتر برای جاهایی استفاده می شود که نیاز به انعطاف داریم. تنها متریال انعطاف پذیر لیست TPU است و از مقاومت زیادی در برابر ضربه برخوردار است.

ویژگی های مثبت: 

• مقاومت سایشی خوب
• مقاومت بالا در برابر روغن و گریس

ویژگی های منفی:

• پولیش و پرداخت TPU مشکل است.
• نمی تواند به سادگی با چسب متصل شود.

پلاستیک PC مقاوم ترین ماده اولیه لیست است و خصوصیات مشابه اش با ABS آن را به جایگزین مناسبی برای پلاستیک ABS تبدیل می کند.

ویژگی های مثبت:

• می تواند استرلیزه شود.
• به راحتی پست پروسس می شود.(سمباده)

ویژگی های منفی:

• حساس به نور فرابنفش UV

نتیجه

انتخاب پلاستیک موردنظر برای پرینت سه بعدی قطعه از اهمیت بالایی برخوردار است، به خصوص اگر این قطعه قرار است به طور کاربردی استفاده شود. با خواندن این بخش می توانید ماده اولیه را بر اساس خواص مواد مورد نیاز خود انتخاب کنید.

در بسیاری مواقع تولید کنندگان فیلامنت،  به مواد اولیه خود افزودنی هایی (مثل فیبرکربن) اضافه می کنند که می تواند خواص آنها را بهبود دهد، ما در این بخش خواص فیلامنت های پرینت سه بعدی خالص را بررسی کرده ایم اما این خواص با افزودنی های خاصی می توانند تغییر کرده، بهبود یابند یا در برخی موارد عملکرد آنها ضعیف تر شود.