فیلامنت پرینتر سه بعدی

فیلامنت پرینتر سه بعدی، متریال ترموپلاستیک مورد استفاده برای پرینترهای سه بعدی FDM است. فیلامنت های متنوعی با خصوصیات گوناگون وجود دارند که نیازمند دمای مشخصی برای پرینت شدن هستند. فیلامنت به طور معمول در دو قطر استاندارد 1.75 و 2.85 میلی متری موجود است. از فیلامنت 2.85 میلی متری گاها به اشتباه، 3 میلی متری یاد می شود که نباید با نمونه ی در واقع 3 میلی متری فیلامنت ها که کمتر رایج است اشتباه گرفته شود. از طرفی ابعاد فیلامنت با ابعاد نازل پرینت هم نباید اشتباه گرفته شود. ابعاد مختلفی از نازل ها نیز وجود دارد که رایج ترین آن ها 0.4 ، 0.35 و 0.25 میلی متر است.

فیلامنت متفاوت از رزین های مایع و پودرها که در سایر تکنولوژی های پرینت سه بعدی کاربرد دارند؛ در قالب رشته های پلاستیکی به طول صد متر تولید می شود و اغلب به جهت ذخیره سازی و یا تغذیه ی پرینتر، به شکل حلقه های قرقره درآورده می شود.

تولید فیلامنت پرینتر سه بعدی

تولید تجاری فیلامنت

فیلامنت پرینتر سه بعدی در طی پروسه ی حرارت دهی، اکسترود و خنک کردن پلاستیک تولید می شود. برخلاف پرینترهای سه بعدی که فیلامنت ها به میان نازل هُل داده می شوند، در پروسه ی تولید، پلاستیک از میان نازل به بیرون کشیده می شود تا شکل گیرد و به فیلامنت تبدیل شود؛ همچنین قطر فیلامنت در طی پروسه ای که پس از مرحله ی حرارت دهی پلاستیک انجام می شود؛ مشخص می شود و نه بر اساس قطر نازل اکسترودر. با وارد کردن نیرو و سرعت مشخصی هنگام به بیرون کشیدن پلاستیک از نازل، این قطر تعیین می شود که به طور معمول 1.75 و یا 2.85 میلی متر است.

این پلاستیک ها همیشه یا سفید هستند و یا بی رنگ. رنگ و سایر مواد افزودنی پیش از مرحله ی حرارت دهی به پلاستیک اضافه می شود تا فیلامنت رنگی یا فیلامنتی با خصوصیات ویژه ای چون مقاومت افزایش یافته یا خاصیت مغناطیسی به دست آید. پیش از اکسترود، پلاستیک تا 80 درجه سانتی گراد حرارت می بیند تا رطوبت اضافی آن خارج شود. پلاستیک باید خشک باشد زیرا که بسیاری از ترموپلاستیک ها بر اثر وجود رطوبت و هنگام اکسترود، تغییر ابعاد می دهند. هنگام مرحله ی اکسترود، قطر فیلامنت توسط لیزر و به عنوان یک مکانیزم کنترل کیفیت اندازه گیری می شود تا از صحت آن اطمینان حاصل شود. سپس فیلامنت وارد یک تانکک آب گرم می شود که فیلامنت را خنک می کند و شکل دوار آن را سبب می شود. سپس فیلامنت وارد تانک آب سرد می شود و به دمای محیط می رسد. پس از آن و در مرحله ی آخر هم به دور قرقره می چرخد تا محصول نهایی را شکل دهد.

تولید DIY فیلامنت

در تولید DIY فیلامنت، از روش مشابه پرینترهای سه بعدی FDM استفاده می شود؛ فیلامنت به درون اکسترودر فرستاده می شود تا قطر آن تصحیح شود. دستگاه های تولید فیلامنت DIY هم در قالب برنامه های منبع باز و هم دستگاه های تجاری از جمله Recyclebots, filastrudr و multistruder موجود است.

پروسه ی تبدیل فیلامنت پرینت سه بعدی به مدل سه بعدی:

1. فیلامنت وارد پرینتر سه بعدی FDM می شود.
2. ترموپلاستیک ورای دمای انتقال شیشه ای اش حرارت می بیند.
3. فیلامنت اکسترود می شود و بر روی پلتفرم ساخت قرار می گیرد و خنک می شود.
4. پروسه تکرار می شود و لایه ها یکی پس از دیگری پرینت می شوند تا مدل نهایی ساخته شود.

انواع فیلامنت پرینتر سه بعدی

پلی اکتیک اسید یا PLA

پلی اکتیک اسید یا PLA یک پلی استر ترموپلاستیک با فرمول (C₃H₄O2)_N یا [-C(CH₃)HC(=O)O-]_N است و با تغلیظ اسید لاکتیک حاصل می شود. همپنین می توان آن را با پلیمریزاسیون حلقه باز لاکتید تهیه کرد. PLA به دلیل تولید اقتصادی از منابع تجدیدپذیر به یکی از متریال های محبوب تبدیل شده است. در سال 2010، PLA دومین حجم مصرف را در میان بایوپلاستیک ها در کل جهان داشت؛ در حالی که هنوز یک commodity polymer به حساب نمی آید. PLA پر مصرف ترین فیلامنت پلاستیکی در پرینت سه بعدی است.

تولید pla

این مونومر معمولا از نشاسته ی تخمیر شده ی گیاهانی چون ذرت، کاساوا، نیشکر یا تفاله ی چغندر قند ساخته می شود. مسیرهای صنعتی متعددی، PLA مقرون به صرفه تولید می کنند. دو مونومر اصلی در این پروسه ها استفاده می شوند: لاکتیک اسید و دی استر حلقوی، لاکتید. رایج ترین مسیر رسیدن به PLA، پلیمریزاسیون حلقه باز لاکتید با کاتالیزورهای مختلف فلزی (به طور معمول اکتوات قلع) در محلول یا به صورت ساسپنشن است. واکنش کاتالیزور فلز سبب کاهش ویژگی های نژادی آن در قیاس با متریال اولیه می شود.

از تلغیظ مستقیم مونومرهای اسید لاکتیک نیز می توان جهت تولید PLA استفاده کرد. این پروسه باید در دمای کمتر از 200 درجه انجام شود.

خصوصیات pla

خصوصیات شیمیایی

به دلیل خاصیت کایرال بودن اسید لاکتیک، چندین شکل مختلف از پلی لاکتید وجود دارد: poly-L-lactide(PLLA)، محصول پلیمریزاسیون LL-LACTIDE. PLA در حلال ها، بنزن گرم، تتراهیدروفوران و دیوکسان محلول است.

خصوصیات فیزیکی و مکانیکی

گستره ی پلیمرهای PLA از پلیمرهای شیشه ای آمورف تا پلیمرهای نیمه بلور و بسیار کریستالی با دمای انتقال شیشه ای 60 تا 65 درجه سانتی گراد، دمای ذب 130 تا 180 و مدول کششی 2.7 تا 16 GPa متغیر است. PLA مقاوم در برابر حرارت می تواند دمای 110 درجه را تاب بی آورد. خصوصیات مکانیکی پایه ی PLA چیزی مابین خصوصیات پلی استایرن و pet است. دمای ذوب PLLA می تواند تا 40-50 درجه افزایش داد و با ترکیب فیزیکی پلیمر با PDLA دمای انحراف گرما را می توان از تقریبا 60 درجه سانتی گراد تا 190 افزایش داد.

کاربرد pla

PLA به عنوان ماده ی تغذیه ی پرینترهای سه بعدی fdm رومیزی استفاده می شود.قطعات پرینت شده با PLA را می توان در قالب های گچ مانند قرار داد و سپس در کوره سوزاند از این رو خلا ایجاد شده را می توان با فلز مذاب پر کرد. از این شیوه تحت عنوان Lost PLA Casting یاد می شود.

PLA می تواند به اسید لاکتیک بی ضرر تبدیل شود و در مصارف پزشکی همچون ایمپلنت ها مورد استفاده قرار گیرد. بسته به شیوه ی استفاده شده؛ در طی 6 ماه تا 2 سال در داخل بدن تجزیه می شود. این تخریب تدریجی برای سازه های ساپورت مناسب است زیرا با بهبود آن ناحیه از بدن به تدریج استخوان ها جایگزین می شوند. استحکام ایمپلنت های PLA و PLLA به طور کامل مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته و اثبات شده است.

از PLA می توان به عنوان متریال بسته بندی تجزیه پذیر نیز استفاده کرد. از این ماده در تولید لیوان و کیف ها هم استفاده شده است. جهت تولید بسته بندی ها، کیسه های کامپوست، بسته بندی مواد غذایی و ظروف یکبار مصرف نیز کاربرد دارد. به علاوه، PLA پتانسیل های بسیاری نیز در زمینه های، روکش مبلمان، لباس های تجزیه پذیر، سایبان ها، محصولات بهداشتی بانوان و پوشک ها دارد.

تخریب pla

PLA با استفاده از سه مکانیزم تخریب می شود:

• هیدرولیز: گروه های استر زنجیره ی اصلی شکسته می شوند که سبب کاهش وزن مولکولی می شود.
• تخریب حرارتی: یک پدیده ی پیچیده منجر به ظهور ترکیبات مختلفی چون مولکول های سبک تر، الیگومر های خطی و حلقوی با Mw و لاکتیدهای متفاوت می شود.
• تجزیه ی نوری: اشعه ی ماورا بنفش سبب تخریب PLA می شود. این عامل عمدتا زمانی کاربرد دارد که PLA در معرض نور خورشید قرار گرفته است مانند زمانی که به عنوان ظروف بسته بندی و یا فیلم مورد استفاده قرار گرفته است.

پایان چرخه

4 سناریو برای پایان زیست PLA امکان پذیر است:

• بازیافت: که هم می تواند به روش مکانیکی و هم شیمیایی صورت گیرد.
• کامپوست کردن: PLA در شرایط کامپوست صنعتی قابل تجزیه است و از پروسه ی هیدرولیز شیمیایی شروع می شود و به دنبال آن هضم میکروبی و در نهایت تخریب. تحت این شرایط با دمای 40 تا 50 درجه سانتی گراد، PLA می تواند ظرف مدت 50 تا 90 روز به آب و دی اکسید کربن تجزیه شود.
• سوزاندن: PLA م یتواند بدون انتشار مواد شیمیایی سمی سوزانده شود. PLA تنها حاوی اتم های اکسیژن، کربن و هیدروژن است و به خصوص حاوی اتم کلر نیست و از همین رو طی سوزاندن آن، دی اکسین تولید نمی شود.
• دفن کردن: آخرین گزینه که کمترین میزان مقبولیت را نیز دارد؛ دفن کردن PLA است زیرا در دمای محیط بسیار آهسته تخریب می شود که معمولا به آهستگی سایر پلاستیک ها است.

خرید فیلامنت pla  از فروشگاه فیلامنت ایرانی

برای خرید فیلامنت pla  می توانید از به فروشگاه فیلامنت ایرانی مراجعه کنید. در فروشگاه فیلامنت ایرانی انواع فیلامنت های ایرانی و خارجی با کیفیت بالا و در بازه فیمت های 450 تا 600 هزار تومان موحود می باشد. برای دیدن فیلامنت ها و ثبت سفارش به لینک زیر بروید:

فروشگاه فیلامنت ایرانی

فیلامنت ABS

فیلامنت پرینتر سه بعدی دیگر پر استفاده در روش FDM فیلامنت ABS  است. فیلامنت ABS به دلیل خصوصیات مکانیکی عالی، مقاومت حرارتی بالا و هزینه ی کم در میان تولیدکنندگان و پروتوتایپرهایی که به دنبال تولید قطعات ماندگار هستند، محبوبیت خاصی دارد. همچنین با توجه به اینکه دهه هاست که در FDM مورد استفاده قرار می گیرد، می توان گفت اولین فیلامنت رایج است و در حال حاضر هم یکی از دو فیلامنت پرمصرف در کنار PLA است.

• این بخش از مقاله به طور خاص بر فیلامنت ABS تمرکز دارد. برای کسب اطلاعات در رابطه با تمامی انواع فیلامنت ها می توانید این مقاله را کامل مطالعه نمایید.
• برای مقایسه ی ABS و PLA، می توانید مقاله ی پیشتر منتشر شده در این زمینه را بخوانید.

نقطه ی ذوب فیلامنت ABS و پارامترهای پرینت

ABS که کوتاه شده ی Acrylonitrile Butadiene Styrene است با دمای اکسترودر، در حدود 230 و به طور حتم در گستره ی 220 تا 250 درجه ی سانتی گراد پرینت می شود. همچنین با توجه به دمای انتقال شیشه ای ABS که چیزی حدود 105 درجه ی سانتی گراد است؛ به بستر پرینت با دمای حدودا 110 درجه ی سانتی گراد هم نیاز خواهید داشت. بدون بستر حرار دیده، پرینت ABS به راحتی جمع می شود و قطعه عملا غیر استفاده خواهد بود.

این اعداد بسته به نوع فیلامنت ABS، می توانند تفاوت های اندکی داشته باشند. چنانچه متوجه آبکی بودن فیلامنت در حین پرینت شدید، به آن معناست که دمای اکسترودر بیش از حد استاندارد است و اگر لایه ها بیش از حد سخت به نظر می رسند، بهتر از دما را کمی افزایش دهید. به طور کلی نباید هنگام پرینت با ABS از فن و خنک کننده ها استفاده کنید؛ برخلاف PLA که خنک کردن از بایدها است. با این حال در مورد پرینت های مینیاتوری با ABS، فن خنک کننده گاها می تواند کمک کننده باشد.

اما به احتمال خیلی زیاد هنگام پرینت ABS، به یک محفظه پرینت نیاز پیدا خواهید کرد؛ در غیر این صورت در سطح پایینی پرینتتان جمع شدگی و قوس های شدید و در سطح میانی، ترک شکل خواهد گرفت. با این حال، برخی افراد معتقدند بدون محفظه ی بسته و با یک سطح پرینت مناسب بر روی بستر شیشه ای هم می توان نتایج خوبی حاصل کرد.

مزایای فیلامنت ABS

• کم هزینه: یکی از اقتصادی ترین فیلامنت های موجود در کنار PLA. همچنین یکی از قوی ترین متریال ها با این رنج قیمت.
• ویژگی های مکانیکی عالی: ABS مستحکم، ماندگار، ضد خش و مقاوم در برابر حرارت بالا و الکتریسیته است و همین ویژگی ها، آن را تبدیل به متریالی مطلوب برای پرینت سه بعدی صنعتی کرده است. قطعات الکتریکی بسیاری با کیس های ABS تولید می شوند.
• خطای پرینت کمتر: برخلاف PLA، ABS پتانسیل کمتری برای رشته رشته و آبکی شدن دارد؛ که همین کار با آن را بسیار راحت تر کرده است.
• مراحل پس از تولید آسان: ABS معمولا با استون پولیش می شود تا سطحی شفاف تر به دست دهد. همچنین می توان آن را با اکرلیک رنگ کرد.

• رنگ های متنوع: مانند PLA، ABS هم طیف گسترده ای از رنگ ها و تنوع ها را دارد، که آن را برای هر نوع پروژه ی پرینت سه بعدی مناسب می کند.

معایب فیلامنت ABS

• جمع شدگی: به خصوص در قطعات بلند و نازک. از همین رو از محفظه های بسته و لبه و حاشیه های اضافی بر روی مدل استفاده می شود.
• بوی قوی و بخار: حتما با پنجره ای باز یا سیستم فیلتر هوا عملیات پرینت را انجام دهید. گرچه هیچ مدرکی دال بر خطرناک بودن این بخارات وجود ندارد؛ مگر در دمای بسیار بالا که پرینت سه بعدی هرگز به آن نمی رسد.
• تجزیه نا پدیری: بر خلاف ABS , PLA از ترکیبات نفت پایه تولید می شود که قابل بازیافت نیستند و تجزیه نمی شوند.

چگونه با ABS به بهترین نتایج دست پیدا کنیم؟

• مشکل جمع شدگی را کنترل کنید: از محفظه های بسته، بستر حرارت دیده و سطح پرینت مناسب مانند PEI و یا PET استفاده کنید. سطح پرینت سبب می شود دما به چند لایه ی ابتدایی منتقل شود؛ که مانع جمع شدگی آن هاست. همچنین می توانید با اعمال تنظیماتی در نرم افزارتان، چند لایه ی ابتدایی را با دمای اکسترودر بالاتری پرینت کنید.
• از لبه ها و حاشیه ها در مدل استفاده کنید: هنگام پرینت قطعات بزرگ و یا ظریف، ممکن است همچنان مشکل جمع شدگی پا برجا باشد و مانع چسبیدن قطعه به بستر شود؛ از همین رو می توانید از حاشیه های اضافی اطراف مدل استفاده کنید. این حاشیه ها سطح بزرگتری به قطعه می دهند که امکان چسبیدن پرینت به بستر را افزایش می دهد و پس از اتمام پرینت می توان آن ها را به راحتی از مدل جدا کرد.
• در محیطی با تهویه ی مناسب پرینت کنید: در حال حاظر برخی پرینترها مجهز به فیلترهای HEPA هستند؛ اما همچنان تهویه ی هوا و یا پنجره ای باز را برای محیط در نظر بگیرید.

منابع:

https://www.wikipedia.org

https://www.3dsourced.com/