کاربردهای مواد ترموپلاستیک در پرینتر سه بعدی

چاپ سه بعدی، دستگاه چاپگر سه بعدی رومیزی، نمونه‌سازی سریع (Rapid Prototyping)، ساخت لایه افزایشی (Additive Manufacturing)، ساخت دیجیتالی اجسام، … اینها همه اصطلاحات گوناگون و گیج کننده یک فناوری نوظهور هستند که از آن به عنوان انقلابی در صنعت هزاره سوم یاد می‌شود.

چاپ سه بعدی تولید فیزیکی یک طرح یا فایل دیجیتالی بوسیله دستگاهی است که با لایه گذاری میکرونی مواد مختلفی مانند (رشته ترموپلاستیک، پودر پلیمر، پودر فلز، مایع فتوپلیمری رزین، سرامیک و …) محصول نهایی را بصورت فیزیکی تولید می‌کند.

وقتی یک چاپگر سه بعدی تهیه می‌کنید باید قبل از آن بدانید قصد تولید چه قطعاتی را دارید و قطعات نهایی شما با چه متریالی همخوانی دارند، و هنگامی که چاپگر سه بعدی خریداری کردید، برای شروع کار با آن باید بدانید با چه موادی می خواهید کار کنید.

 مواد مختلف دارای ویژگی های مختلفی هستند و برای قسمت های خاصی مناسب هستند. بنابراین شما باید در مورد مواد اولیه پرینترهای سه بعدی آگاهی داشته باشید. البته پلاستیک، رایج ترین ماده اولیه پرینتر های سه بعدی است.

 در این مقاله به کاربردهای مواد ترموپلاستیک در پرینتر سه بعدی می‌پردازیم و تفاوت بین هر یک از این مواد، که هریک برای کار با یک نوع فناوری پرینتر سه بعدی مانند FDM ، SLA و SLS وABS,….  استفاده می‌شود  را توضیح خواهیم داد.

 استفاده از فلامینت ترموپلاستیک ABS در پرینتر سه بعدی:

فلامینت ABS رایج ترین ماده اولیه پرینترهای سه بعدی است و در بدنه خودروها ، وسایل و لوازم جانبی تلفن همراه و سایر قطعات کوچک مورد استفاده قرار می گیرد. ABS یک نوع ترموپلاستیک است و حاوی پایه ای از الاستومرها بر اساس پلی بوتادین بوده که باعث انعطاف پذیری بیشتر و مقاومت در مقابل شوک‌ها می‌شود.

پلاستیک ABS برای استفاده در پرینتر سه بعدی باید بین 220 تا 240 درجه سانتیگراد گرم شود.

 این ماده اولیه، ماده سختی است و قادر است به راحتی در برابر دمای 20- تا 80 درجه سانتی گراد مقاومت کند. علاوه بر استحکام بالا ، ماده ای قابل بازیافت است و می تواند در فرآیندهای شیمیایی مورد استفاده قرار بگیرد.

 با این حال ، ABS قابل تجزیه نیست و در تماس با هوا منقبض می شود، بنابراین برای جلوگیری از پیچ خوردگی ، باید بستر چاپ گرم شود. علاوه بر این ، توصیه می شود هنگام چاپ با ABS از چاپگر سه بعدی محفظه بسته برای محدود کردن انتشار ذرات، استفاده کنید.

استفاده از این پلیمر دارای سه ویژگی بارز نسبت به سایر مواد میباشد . 1- مقاومت در برابر ضربه- 2- مقاومت در برابر فشار و در نهایت مقاومت در برابر حرارت و دما

موارد مثبت استفاده از این پلیمر ABS: 

1- برای رسیدن به سطح براق می تواند با بخار استون پست پروسس شود.

2-می تواند با کاغذ سمباده پولیش شود و قابل رنگ آمیزی با رنگ های اکریلیک است.

3-مقاومت سایشی بالا

معایب استفاده از پلیمر ABS  در پرینت سه بعدی : 

1-حساس به نور فرابنفش UV

2-تولید بو در هنگام پروسه پرینت سه بعدی

3-انتشار گاز های سمی

استفاده از فلامنت ترموپلاستیک PET در پرینتر سه بعدی :

پلیمر دیگری که میتوان از آن در این صنعت استفاده کرد پلی اتیلن ترفتالات یا همان پت ( PET) میباشد . 

پت (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.

پلی اتیلن ترفتالات یا PET معمولاً در بطری های پلاستیکی یکبار مصرف دیده می شود. PET فلامینتی ایده آل برای هر قطعه ای است که برای تماس با غذا در نظر گرفته شده است. علاوه بر این ، این ماده نسبتاً سفت و سخت است و از مقاومت شیمیایی خوبی برخوردار است.

PET معمولاً به عنوان یک فلامینت شفاف به بازار عرضه می شود و انواع مختلفی از قبیل PETG ، PETE و PETT نیز به فروش می رسد.

مزایای استفاده از PET شامل این است که مواد هنگام انتشار چاپ هیچ بویی را منتشر نمی کنند و 100٪ قابل بازیافت هستند. این ماده رطوبت هوا را جذب می کند و دمای مناسب برای چاپ با آن 220 الی 250 درجه سانتیگراد است.

ویژگی های مثبت فیلامنت PET:

• 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.

فلامینت ترموپلاستیک پلی کربنات در پرینتر سه بعدی :

پلیمر بعدی مورد استفاده در این صنعت مواد PC  یا همان پلی کربنات میباشد .

PC یا پلی کربنات پلی کربنات(PC) یک ماده با استحکام بالا است که برای کاربردهای مهندسی طراحی شده است. این ماده از مقاومت خوبی در برابر دما برخوردار است و قادر است در برابر هرگونه تغییر شکل تا حدود 150 درجه سانتیگراد مقاومت کند. با این وجود ، PC مستعد جذب رطوبت هوا است ، و می تواند بر عملکرد و مقاومت در چاپ تأثیر بگذارد. هنگام پرینت سه بعدی با PC ، دمای بسیار بالا لازم است. در صورت عدم انجام صحیح ، لایه های جدا شده به دلیل استفاده از درجه حرارت پایین یا در صورت خنک شدن بیش از حد، ممکن است قابل مشاهده باشند. فلامینت های پلی کربنات در بازار وجود دارد که حاوی مواد افزودنی هستند و می توان آن ها را در دماهای پایین تر چاپ کرد. ماده پلی کربنات خاصیت هایی مشابه با پلیمر ABS  دارد. 

مزایای استفاده از پلی کربنات در چاپ سه بعدی: 

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

و نکته منفی این پلیمر حساس بودن آن به نور فرا بنفش UV  میباشد . 

استفاده از ترموپلاستیک PP در پرینتر سه بعدی:

پلیمر پر مصرف بعدی در این صنعت پلی پروپیلن یا همان PP میباشد که کار کردن با آن اما و اگرهای خاص خودش را دارد.

(پلی پروپیلن) یک ترموپلاستیک نیمه کریستالی است. این پلاستیک پس از پلی اتیلن، دومین پلاستیک پرمصرف است. PP کاربرد اصلی خود را در بسته بندی مواد غذایی و محصولات مصرفی می یابد.

پلی پروپیلن اولین بار در سال 1951 توسط جی پل هوگان و رابرت بنکس، کارمندان فیلیپس پترولیوم در آن زمان کشف شد.بعدها توسط دانشمند آلمانی کارل رن تکمیل شد. کار او باعث تولید انبوه پلی پروپیلن شد.

استفاده از فیلامنت PP در پرینتر سه بعدی چندان گسترده نیست و به دلیل تمایل به تاب برداشتن ممکن است چاپ آن دشوار باشد. PP نیاز به حجم ساخت گرم و دمای صفحه ساخت نسبتاً بالایی دارد.

 فیلامنت چاپ سه بعدی PP را می توان در انواع شفاف یا رنگی عرضه کرد یا با افزودنی های مختلفی مانند الیاف شیشه، پودر تالک یا یک کوپلیمر اتیلن پر کرد.

آیا استفاده از PP در پرینتر سه بعدی توصیه می‌شود؟

 سه مزیت اصلی پرینت سه بعدی با پلی پروپیلن عبارتند از: مقاومت عالی، مقاومت شیمیایی خوب و اتصال بین لایه ای خوب. این مقاله ویژگی های کلی پلی پروپیلن را به همراه ترکیب، خواص و محدودیت‌های آن مورد بحث قرار می دهد و آن را با سایر فیلامنت های چاپ سه بعدی مقایسه می‌کند.

پرینت سه بعدی فرآیند ساختن یک قطعه با ساخت لایه به لایه  با رسوب پلاستیک ذوب شده است. فیلامنت پلی پروپیلن می‌تواند به عنوان ماده اولیه برای چاپ سه بعدی استفاده شود.

 با رفع مشکلات فنی چاپ این ترموپلاستیک، مقبولیت و سهم بازار را به دست می آورد. فیلامنت چاپ سه بعدی PP (پلی پروپیلن) به دلیل مقاومت در برابر خستگی و چقرمگی عالی یکی از محبوب ترین مواد برای چاپ لولاهای زنده است. پلی پروپیلن همچنین دارای مقاومت شیمیایی عالی در برابر طیف گسترده ای از اسیدها، بازها و حلال ها در دمای اتاق است و به طور گسترده در صنایع پزشکی و خودروسازی مورد استفاده قرار می گیرد

پلی پروپیلن یک مونومر نیمه بلوری با فرمول (C3H6)n است. از طریق پلیمریزاسیون رشد زنجیره ای پروپن تولید می شود.

 پلی پروپیلن به عنوان یک هموپلیمر (درجه عمومی)، یک کوپلیمر بلوکی (دارای بین 5 تا 15 درصد اتیلن) ​​و یک کوپلیمر تصادفی (شامل مونومرهای تصادفی مرتب شده در امتداد زنجیره مولکولی پلی پروپیلن اصلی و شامل بین 1 تا 7 درصد اتیلن است. ).

 رنگدانه اکسید تیتانیوم سیاه را می توان برای رنگ آمیزی پلاستیک و بهبود مقاومت در برابر نور UV (فرابنفش) اضافه کرد. فیلامنت پلی پروپیلن پر شده با شیشه برای افزایش دمای انحراف حرارتی استاندارد پلی پروپیلن و مقاومت در برابر ضربه نیز در دسترس است.

مزایای استفاده از ترموپلاستیک PP بعنوان ماده اولیه در پرینتر سه بعدی:

1. دمای ذوب پلی پروپیلن 130 درجه سانتی گراد و دمای انحراف حرارتی 64.1 درجه سانتی گراد است.
2. یکی از مهمترین خواص PP پایداری شیمیایی آن است. این پایداری شیمیایی به این معنی است که در برابر بسیاری از مواد شیمیایی مختلف از جمله اسیدها و قلیاها مقاوم است.
3. پلی پروپیلن می تواند در برابر بارگذاری ضربه ای با ترمز یا شکستن مقاومت کند.
4. پلی پروپیلن می تواند میلیون ها چرخه استرس را بدون شکست تحمل کند.

چالش های کلیدی برای استفاده از فیلامنت چاپ سه بعدی PP عبارتند از:

1. اگر دما دقیقاً کنترل نشود، در حین چاپ تمایل به تاب برداشتن دارد. بنابراین برای محدود کردن انقباض و تاب برداشتن نیاز به گرم کردن محیط چاپ وجود دارد.
2. در صورت عدم استفاده از چسب مناسب، PP چاپ شده تمایل دارد از بستر چاپ جدا شود.
3. PP در صورت قرار گرفتن طولانی مدت در معرض نور UV تخریب می شود، اگرچه این مشکل را می توان با افزودنی ها کاهش داد، PP به طور کلی برای برنامه های کاربردی در فضای باز مناسب نیست.

فیلامنت چاپ سه بعدی PP (پلی پروپیلن) از نظر مکانیکی بسیار قوی نیست. با این حال، برخی از کاربردهای منحصر به فرد مانند لولاهای زنده، ظروف نیمه شفاف و تسمه های دستگاه پوشیدنی دارد. این کاربرد به دلیل استحکام خستگی عالی و مقاومت شیمیایی آن است. PP همچنین به طور گسترده در صنایع پزشکی و خودرو استفاده می شود. مانند بیشتر ترموپلاستیک ها، پلی پروپیلن نیز قابل بازیافت است.

نحوه استفاده از فیلامنت PP در پرینت سه بعدی:

فیلامنت چاپ سه بعدی PP یکی از سخت ترین ترموپلاستیک ها برای چاپ است. با این حال، اگر تنظیمات صحیح استفاده شود، دلیلی ندارد که نتوان به نتایج عالی دست یافت. در زیر چند نکته برای چاپ با پلی پروپیلن ذکر شده است:

1. فیلامنت چاپ سه بعدی PP به راحتی به یک صفحه ساختنی آماده نمی‌چسبد. نوار بسته بندی اعمال شده روی صفحه ساخت، پیوند خوبی با اولین لایه چاپ شده ایجاد می کند، و همینطور چسب های تخصصی خاصی مانند Magigoo PP.

• اگر محیط چاپ در دمای نسبتاً بالای 45 درجه سانتیگراد حفظ نشود، پلی پروپیلن در حین چاپ به راحتی تاب می خورد. در این صورت، حجم چاپ بسته توصیه می شود.

نتیجه گیری:

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.

برای مشاوره و تهیه مواد اولیه تولید فیلامنت های پلاستیکی در ساعات اداری با کارشناسان ما در پلاستوایران تماس حاصل فرمایید.