بهترین پلیمرها برای پرینتر سه بعدی چیست؟ معرفی متریال پرینتر سه بعدی

برای پرینتر سه بعدی بهترین پلیمرها کدام‌اند؟ در پرینتر سه بعدی از چه متریالی استفاده می‌شود؟ درک کاملی از متریال پرینتر سه بعدی به شما برای تصمیم‌گیری در مورد بهترین فناوری و مواد پلاستیکی کمک می‌کند. اگر می‌خواهید با بهترین پلیمرهای پرینتر سه بعدی و متریال آن‌ها آشنا شوید در ادامه این مطلب از هایپر پلاست با ما همراه باشید.

تاریخچه سیستم های چاپ سه بعدی با مواد پلیمری

اولین سیستم‌های چاپ سه بعدی که در دهه 1980 تجاری شدند، از مواد پلیمری پلاستیکی استفاده کردند. پلاستیک یکی از رایج‌ترین و همه‌کاره‌ترین مواد مورد استفاده در چاپ سه بعدی است. پلاستیک‌ها را می‌توان در اکثر فرآیندهای پرینت سه بعدی و تولید افزودنی استفاده کرد. لمینیت ورق، اکستروژن مواد (به عنوان مثال، FDM یا FFF)، جت مواد، جت بایندر، فتوپلیمریزاسیون Vat و فیوژن بستر پودری نمونه‌هایی از آن‌ها هستند.

با این حال، قالب و کاربرد نهایی پلاستیک ممکن است بسته به فناوری یا فرایند متفاوت باشد. به عنوان مثال، فناوری‌های چاپ سه بعدی اکستروژن مواد از رشته‌های پلاستیکی برای ایجاد نمونه‌های اولیه استفاده می‌کنند؛ در حالی که تولیدکنندگان با فناوری‌های پودر بستر فیوژن (Powder Bed Fusion) از مواد پودر پلاستیکی مانند HP Multi Jet Fusion استفاده می‌کنند که قابلیت پیش‌بینی، دقت، استحکام و کیفیت قطعه را افزایش می‌دهد.

نحوه استفاده از پلاستیک در چاپ سه بعدی

پلاستیک به شکل رشته یا پودر ذوب می‌شود و جسمی را که لایه به لایه به صورت سه بعدی چاپ می‌شود، تشکیل می‌دهد و سپس جامد می‌شود. هر پلاستیک در طول فرایند ساخت به پارامترهای چاپ سه بعدی متفاوتی نیاز دارد و قطعاتی با خواص مکانیکی متفاوت تحویل می‌دهد.

در این مقاله به این سؤال پاسخ خواهیم داد که در پرینت سه بعدی از چه پلاستیکی استفاده می‌شود؟ و شما را با برخی از رایج‌ترین مواد پلاستیکی پرینت سه بعدی آشنا می‌کنیم، اما اجازه دهید نگاهی گذرا به پلاستیک‌های موجود در مجموعه مواد پرینت سه بعدی HP بیندازیم.

HP در حال افزایش پرتفولیو مواد ترموپلاستیک خود است. این مواد چاپ سه بعدی که برای فناوری HP Multi Jet Fusion مهندسی شده‌اند، محدودیت‌های ایجاد قطعات کاربردی، بهینه‌سازی هزینه و کیفیت قطعه را آزمایش می‌کنند؛ در حالی که قابلیت استفاده مجدد و در بسیاری از موارد پیشرو در صنعت را با هزینه کم برای هر قطعه ارائه می‌کنند. جدا از پلی اتیلن 11، پلی اتیلن 12 و پلی اتیلن 12 GB آخرین ماده افزوده شده به مجموعه مواد چاپ سه بعدی HP، پلی پروپیلن با قابلیت استفاده مجدد سه بعدی HP (PP) است که توسط BASF فعال شده است و بهترین ماده پرینت سه بعدی HP به شمار می‌رود. این ماده عملکرد ثابتی را با استفاده مجدد تا 100 درصد پودر اضافی ارائه می‌دهد. HP همچنین الاستومرهایی مانند HP 3D High Reusability TPA را که توسط Evonik فعال شده است، ارائه می‌دهد که قطعاتی با انعطاف‌پذیری و وزن سبک را با قابلیت ارتجاعی افزایش‌یافته و یکنواختی بالا تولید می‌کند.

دیگر پلاستیک های مناسب برای پرینتر سه بعدی

علاوه بر ترموپلاستیک‌هایی که در بخش قبلی نام برده شدند، می‌توان پلیمرهای دیگری را هم در پرینترهای سه بعدی استفاده کرد که عبارتند از:

اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) یک ترموپلاستیک است که معمولا در شکل رشته‌ای (به دلیل استفاده آسان‌تر) مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین می‌توان آن را به صورت پودر برای فرایندهای بستر پودری مانند SLS (Selective Laser Sintering) یافت و یکی از مواد در دسترس و مقرون به صرفه برای چاپ سه بعدی است. محبوبیت آن عمدتا از این واقعیت ناشی می‌شود که از قبل به طور گسترده در تولید سنتی استفاده می‌شد، درست زمانی که نوآوری و توسعه تولید افزودنی آغاز شد. برای اطلاع از قیمت مواد ABS بر روی لینک درج شده کلیک کنید.

ABS با قابلیت استفاده مجدد در طیف گسترده‌ای از رنگ‌ها موجود است که می‌تواند قطعات بادوام و سختی را تولید کند. همچنین مقاومت خوبی در برابر دمای بالا دارد و می‌تواند با فرایندهای شیمیایی جوش داده شود. با این حال، زیست‌تخریب‌پذیر نیست و از آنجایی که می‌تواند دودهای قوی را در طول فرایند چاپ سه بعدی ایجاد کند، به یک محفظه ساخت سه بعدی بسته نیاز دارد. اگر بستر چاپگر سه بعدی یا پلتفرم چاپگر در طول فرایند چاپ سه بعدی گرم نشود، ممکن است قطعات ABS در معرض تاب برداشتن قرار گیرند. معمولاً ABS خود را برای تولید قطعات کوچک‌تر مورد استفاده در اتومبیل‌ها و وسایل برقی بهتر وفق می‌دهد.

PLA چندین مزیت دارد؛ اما بر خلاف ABS، زیست‌تخریب‌پذیر است. به این دلیل که PLA با استفاده از مواد خام تجدیدپذیر مانند نشاسته ذرت تولید می‌شود. معمولاً در پرینت سه بعدی رومیزی از آن استفاده می‌شود؛ زیرا استفاده از آن به عنوان یک ماده چاپ سه بعدی آسان است، اگرچه تمایل کمی به کوچک شدن دارد. بر خلاف ABS به سکوی گرم شده نیاز ندارد و در دمای پایین‌تر از ABS، بین 190 تا 230 درجه سانتی‌گراد چاپ می‌شود.

معمولا PLA برای ساخت بسته‌بندی مواد غذایی و دستگاه‌های پزشکی زیست‌تخریب‌پذیر و ایمپلنت‌ها استفاده می‌شود و برای پرینت سه بعدی عالی است؛ زیرا کار با آن آسان است، با استفاده از مواد خام تجدید‌پذیر ساخته شده است، در رنگ‌های مختلف موجود است و می‌تواند به عنوان رزین یا فیلامنت استفاده شود. البته دست‌کاری PLA دشوارتر است؛ زیرا سرعت خنک‌کنندگی و انجماد بالایی دارد. همچنین برای کاربردهایی که در معرض نور خورشید قرار می‌گیرند، چندان مناسب نیست و در تماس با آب می‌تواند مستعد خراب شدن باشد.

ASA ماده‌ای است که دارای خواص مشابه با ABS است؛ اما مقاومت بیشتری در برابر اشعه ماورا بنفش دارد و همچنین از مقاومت خوبی در برابر دما و ضربه برخوردار است. مانند ABS، برای جلوگیری از تاب برداشتن، توصیه می‌شود که مواد را با یک سکوی تخت گرم چاپ کنید. هنگام چاپ با ASA، از تنظیمات چاپ مشابه با ABS استفاده می‌شود؛ اما به دلیل انتشار مضر استایرن، توجه بیشتر به چاپ همیشه با محفظه بسته بسیار مهم است.

پلی آمیدها یا مواد نایلونی در قالب پودر سفید و ریز (مورد استفاده در فناوری‌های پودر بستر فیوژن) و همچنین در رشته‌هایی که در مدل‌سازی رسوب ذوب شده (FDM) استفاده می‌شوند، در دسترس هستند. پلی‌آمیدها که از ساختارهای نیمه کریستالی تشکیل شده‌اند، تعادل خوبی از ویژگی‌های شیمیایی و مکانیکی دارند؛ ویژگی‌هایی که دوام، چقرمگی و مقاومت در برابر ضربه و همچنین انعطاف‌پذیری را فراهم می‌کنند.

این ویژگی‌ها به این معنی است که مواد پلی‌آمیدی کاربردهای زیادی در بخش‌های مختلف از جمله صنعتی، روباتیک، هوافضا، خودروسازی و پزشکی دارند. فناوری HP Multi Jet Fusion از انواع پلی‌آمیدها استفاده می‌کند که مزیت بیشتری از قابلیت استفاده مجدد پیشرو در صنعت را ارائه می‌دهد. هایپر پلاست در زمینه فروش مواد پلی آمید فعالیت دارد و این محصولات را با بهترین قیمت به بازار ارائه می‌دهد.

مانند نایلون، PET یا پلی اتیلن ترفتالات یکی دیگر از پلاستیک‌های پرکاربرد است. این ماده در فرایندهای ترموفرمینگ استفاده می‌شود و همچنین می‌تواند با مواد دیگر – مانند الیاف شیشه – برای ایجاد رزین‌های مهندسی ترکیب شود. PETG، یک نسخه اصلاح شده از PET است که کاربرد زیادی در چاپ سه بعدی دارد؛ در آن G مخفف “گلیکول اصلاح شده” است. فیلامنت PETG در فناوری‌های FDM یا FFF استفاده می‌شود و معمولاً نسبت به PET شکننده‌تر، شفاف‌تر و آسان‌تر است. برای اطلاع از قیمت مواد پت بر روی لینک درج شده کلیک کنید.

به دلیل سطح صاف و مقاومت در برابر آب، معمولا برای تولید بطری‌های آب استفاده می‌شود. برای به دست آوردن بهترین نتایج، چاپ سه بعدی بین 75 تا 90 درجه سانتی‌گراد با PET ضروری است. معمولاً به عنوان یک فیلامنت نیمه شفاف با تنوع‌هایی مانند PETE و PETT به بازار عرضه می‌شود. مزیت دیگر این ماده این است که در طول فرآیند پرینت سه بعدی به سختی بویی آزاد می‌کند.

پلی کربنات (PC) یک ماده با استحکام بالا است که با در نظر گرفتن اصول مهندسی طراحی شده است. این ماده دارای مقاومت دمایی خوبی است؛ یعنی در برابر هرگونه تغییر شکل فیزیکی تا حدود 150 درجه سانتی‌گراد مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهد. پلی کربنات یا  PC مستعد جذب رطوبت از محیط اطراف است که می‌تواند عملکرد و مقاومت آن را هنگام چاپ به طور قابل توجهی تحت تاثیر قرار دهد. به همین دلیل پلی‌کربنات باید در ظروف دربسته نگهداری شود.

PC ماده‌ای است که به دلیل استحکام و شفافیت بسیار ارزشمند است و از آنجایی که چگالی بسیار کم‌تری نسبت به شیشه دارد، به ویژه برای طراحی قطعات نوری، صفحه‌های محافظ یا اشیای تزیینی مناسب است. برای استعلام قیمت مواد پلی کربنات می‌توانید با هایپر پلاست تماس بگیرید.

رشته‌های پلیمری با کارایی بالا با ویژگی‌های مکانیکی مشابه فلزات در برخی موارد، بخشی از تکامل چاپ سه بعدی هستند. کار تحقیقاتی گسترده بر روی مواد پرینت سه بعدی امکان توسعه طیف وسیعی از پلیمرهای با کارایی بالا مانند PEEK، PEKK یا ULTEM را فراهم کرده است که به خانواده‌هایی مانند پلی آریل اترکتون‌ها (PAEK) یا پلی اتریمیدها (PEI) طبقه‌بندی می‌شوند.

وقتی صحبت از مقاومت مکانیکی و حرارتی به میان می‌آید، پلیمرهای با عملکرد بالا بهترین‌ها را دارند. آن‌ها بسیار قوی هستند؛ با این مزیت که وزن بسیار کمتری نسبت به فلزات دارند. به همین دلیل، جای تعجب نیست که HPPها در بخش‌های هوافضا، خودرو و پزشکی بسیار محبوب باشند. امروزه حدود 65 درصد از این گونه مواد با فناوری FDM چاپ می‌شوند؛ اما به صورت پودر نیز عرضه می‌شوند که با فناوری SLS سازگار است. پلیمرهای با کارایی بالا را به دلیل ویژگی‌های خاصی نمی‌توانند روی همه چاپگرهای سه بعدی چاپ کنند و فقط آنهایی که صفحه گرمایشی با قابلیت رسیدن به حداقل 230 درجه سانتی‌گراد، اکستروژن 350 درجه سانتی‌گراد و محفظه بسته دارند، مناسب هستند.

پلی استایرن با چگالی بالا (HIPS) نوعی فیلامنت پلاستیکی است که برای پشتیبانی از ساختارهای چاپگرهای FDM استفاده می‌شود و چندان بی‌شباهت به ABS نیست. تنها تفاوت آن در توانایی حل شدن آن است که HIPS کاملاً در یک هیدروکربن مایع به نام لیمونن حل می‌شود. ماشین کاری خوبی دارد و می‌توان از آن برای ساخت سازه‌های پیچیده استفاده کرد. همچنین بسیار صاف و سبک است، در برابر آب و ضربه مقاوم است و برای زمین هزینه‌ای ندارد. در مقابل، به دلیل تولید بخارهای قوی فقط در مناطقی با تهویه خوب قابل استفاده است. همچنین به جریان ثابت گرما نیز نیاز دارد؛ در غیر این صورت نازل‌ها و لوله‌های تحویل را در حین چاپ مسدود می‌کند.

پلی پروپیلن (PP) ترمو پلاست دیگری است که به طور گسترده در بخش خودرو، بخش منسوجات حرفه‌ای و در ساخت صدها وسیله دیگر استفاده می‌شود. PP به خوبی شناخته شده است. در برابر سایش مقاومت خوبی دارد و دارای جذب ضربه خوب و همچنین استحکام و انعطاف نسبتاً چشمگیری است.  PPمقاومت دمای پایینی دارد و به اشعه ماورا بنفش حساس است؛ یعنی در معرض این اشعه، منبسط می‌شود. برای دور زدن این مشکل، چندین تولیدکننده انواع جایگزین PPیا simili-propilenos را توسعه داده‌اند که از نظر فیزیکی و مکانیکی قوی‌تر هستند.

HP اخیرا یک ماده پلی پروپیلن چاپ سه بعدی اصلی – HP 3D High Reusability PP – را برای فناوری Multi Jet Fusion راه‌اندازی کرده است که خواص مشابه بسیاری از مواد PP مورد ‌استفاده در روش‌های تولید سنتی را ارائه می‌دهد.

کامپوزیت‌ها برای ساخت قطعات بسیار سبک اما بسیار قوی مفید هستند. الیاف بدون افزایش وزن استحکام می‌بخشند؛ به همین دلیل است که کامپوزیت‌ها گاهی اوقات به عنوان مواد تقویت شده با الیاف (FRM) نیز شناخته می‌شوند. دو نوع کامپوزیت وجود دارد؛ فیبر کوتاه یا فیبر پیوسته. در کامپوزیت‌های الیاف کوتاه، الیاف خرد‌شده با طول کمتر از 1 میلی‌متر با پلاستیک‌های چاپ سه بعدی سنتی مخلوط می‌شوند تا سفتی و مقدار استحکام اجزا را افزایش دهند. سپس این الیاف کوتاه را می‌توان با ترموپلاستیک‌هایی مانند نایلون، ABS  یا PLA مخلوط کرد تا مواد نهایی را ایجاد کند.

راه دیگر این است که الیاف را به طور مداوم به ترموپلاستیک اضافه کنید تا به قسمت قوی‌تری برسید. فیبر اصلی مورد استفاده در بخش چاپ سه بعدی فیبر کربن است؛ اما الیاف دیگری مانند فیبر شیشه یا کولار (Kevlar) نیز قابل استفاده است.

آیا می‌توانید از پلی وینیل الکل پلاستیک (PVA) در چاپ سه بعدی استفاده کنید؟

PVA معمولا به عنوان چسب، غلیظ‌کننده یا فیلم بسته‌بندی استفاده می‌شود. اما وقتی صحبت از پرینت سه بعدی به میان می‌آید،  PVA معمولاً برای ساخت محصول نهایی استفاده نمی‌شود؛ بلکه برای ایجاد یک ساختار پشتیبانی برای بخش‌های خاصی از یک محصول که ممکن است پیچ خورده یا فرو بریزد، استفاده می‌شود. در چاپگرهایی با دو یا چند اکسترودر، می‌‌توانید از اکسترودرها برای ایجاد ساختار پشتیبانی از PVA استفاده کنید؛ در حالی که بقیه برای ایجاد محصول واقعی از مواد دیگر کار می‌کنند. هنگامی که چاپ کامل شد، محصول نهایی را می‌توان در آب خیس کرد تا ساختار پشتیبانی مبتنی بر PVA حل شود.

کدام مواد محلول در پرینت سه بعدی استفاده می‌شود؟

مواد محلول موادی هستند که به قصد حل شدن در مرحله بعدی فرایند تولید چاپ می‌شوند. دو ماده متداول فیلامنت، محلولHIPS  و PVA هستند. HIPS با ABS مرتبط است و می‌تواند با لیمونن حل شود؛ در حالی که PVA با PLA مرتبط بوده و فقط با آب قابل حل است. همچنین رشته‌های کوپلیمر بوتن – دیول وینیل الکل (BVOH) وجود دارند که به طور فزاینده‌ای در چاپگرهای اکسترودر دوگانه استفاده می‌شوند. زیرا این ماده در آب محلول است و حلالیت بالاتری نسبت به PVA دارد.

سخن پایانی

در این مقاله بهترین متریال پرینتر سه بعدی را معرفی کردیم و گفتیم که چه پلیمرهایی برای این نوع پرینتر مناسب هستند؟ شما می‌توانید انواع مواد پلیمری مناسب برای چاپ سه بعدی را در حجم دلخواه از ما در هایپر پلاست خریداری کنید. برای اطلاع از قیمت این مواد پلیمری و خرید محصولات با ما در هایپر پلاست تماس بگیرید.

سوالات متداول