بهترین مواد مورد استفاده در چاپ سه بعدی

۱۰ ماده برتر مورداستفاده برای چاپ سه‌بعدی صنعتی

در طول سال‌ها، صنعت چاپ سه‌بعدی در حال رشد بوده و پیشرفت‌های جدیدی در حال معرفی است. ماشین‌های چاپ سه‌بعدی جدید نیز برای چاپ انواع مختلف مواد مانند پلاستیک، فلزات، کامپوزیت‌ها و بسیاری موارد دیگر درحال‌توسعه هستند. وقتی صحبت از چاپ سه‌بعدی صنعتی می‌شود، طیف وسیعی از مواد برای انتخاب وجود دارد. این مواد دارای ویژگی‌ها، نقاط قوت و ضعف منحصربه‌فرد خود هستند. علاوه بر این، عوامل مهمی مانند نوع متریال، بافت، هزینه و غیره وجود دارد که برای جلوگیری از اشتباه در چاپ سه‌بعدی باید در نظر گرفته شود.

انتخاب مناسب‌ترین متریال برای یک پروژه خاص ممکن است دشوار باشد. برای راهنمایی طراحان و مهندسان، در زیر 10 ماده برتر مورداستفاده برای چاپ سه‌بعدی صنعتی آورده شده است.

1-نایلون: نایلون (معروف به پلی آمید) یک پلی آمید خطی ترموپلاستیک مصنوعی است و رایج‌ترین ماده پلاستیکی است. به دلیل انعطاف‌پذیری، دوام، اصطکاک کم و مقاومت در برابر خوردگی، گزینه مناسبی برای پرینت سه‌بعدی است. نایلون همچنین یک ماده محبوب است که در تولید لباس و لوازم جانبی استفاده می‌شود. نایلون برای ایجاد هندسه‌های پیچیده و ظریف مناسب است. نایلون در اصل به‌عنوان رشته در چاپگرهای سه‌بعدی FDM (Fused Deposition Modeling) یا FFF (Fused Filament Fabrication) استفاده می‌شود. این ماده ارزان است و به‌عنوان یکی از سخت‌ترین مواد پلاستیکی شناخته می‌شود.

خصوصیات متمایز: نایلون به خاطر دوامش معروف است. نسبت قدرت به انعطاف‌پذیری عالی دارد. نایلون تاب خوردگی بسیار کمی دارد. این نوع مواد را می‌توان به‌راحتی رنگ کرد.

معایب: ازآنجایی‌که نایلون هیدروسکوپی است، باید خشک نگه‌داشته شود. ماندگاری آن 12 ماه است. این ماده می‌تواند در طول خنک شدن منقبض شود، بنابراین، چاپ ممکن است دقت کمتری داشته باشد. مناسب بودن چاپگر نیز متفاوت است.

2-ABS: ABS یا اکریلونیتریل بوتادین استایرن یک ترموپلاستیک است که معمولاً به‌عنوان فیلامنت چاپگر سه‌بعدی استفاده می‌شود. همچنین ماده‌ای است که عموماً در پرینت سه‌بعدی شخصی یا خانگی استفاده می‌شود. اکریلونیتریل بوتادین استایرن برای اکثر چاپگرهای سه‌بعدی یک ماده قابل‌استفاده است. خصوصیات متمایز: اکریلونیتریل بوتادین استایرن یکی از در دسترس ترین و ارزان‌ترین مواد برای چاپ سه‌بعدی است. همچنین رنگ‌های متنوعی نیز دارد. این ماده در مقایسه با نایلون طول عمر بیشتری دارد. همچنین ازنظر مکانیکی قوی است. این ماده برای تولیدکنندگان مناسب نیست. این ماده فقط توسط سازندگان و مهندسانی استفاده می‌شود که به دنبال تولید نمونه اولیه باکیفیت بالا هستند.

معایب: هنگام چاپ به تخت گرمایش نیاز دارد. ازآنجایی‌که مواد ABS دارای نقطه ذوب بالایی هستند، در صورت سرد شدن در حین چاپ، تمایل به تاب خوردن دارد. این نوع فیلامنت یک ماده سمی تجزیه‌ناپذیر است که در دمای بالا بخار سمی با بوی بدی آزاد می‌کند.

3-رزین: رزین یکی از پرکاربردترین مواد در پرینت سه‌بعدی است. عمدتاً در فناوری‌هایی مانند فناوری‌های SLA، DLP، Multijet یا CLIP استفاده می‌شود. انواع مختلفی از رزین‌ها وجود دارد که می‌توان از آن‌ها در چاپ سه‌بعدی استفاده کرد مانند رزین‌های ریخته‌گری، رزین‌های سخت، رزین‌های انعطاف‌پذیر و غیره.

خصوصیات متمایز: می‌توان از آن در بسیاری از برنامه‌ها استفاده کرد. انقباض کمی دارد. مواد رزینی مقاومت شیمیایی بالایی دارند. این ماده سفت و ظریف است.

معایب: گران است؛ این نوع فیلامنت نیز منقضی می‌شود. به دلیل واکنش‌پذیری بالایی که دارد، باید به‌طور ایمن ذخیره شود. هنگامی‌که در معرض گرما قرار می‌گیرد، می‌تواند باعث پلیمریزاسیون زودرس شود.

4- PLA اسید پلی لاکتیک) PLA یا پلی لاکتیک اسید از منابع تجدیدپذیر مانند نیشکر یا نشاسته ذرت ساخته می‌شود. به آن “پلاستیک سبز” نیز می‌گویند. بیشتر در مدارس ابتدایی و متوسطه استفاده می‌شود زیرا استفاده از آن بی‌خطر است و چاپ با آن آسان است. همچنین در چاپ رومیزی FDM استفاده می‌شود.

خصوصیات متمایز: چاپ PLA آسان است زیرا دارای تاب برداشتن کم است. همچنین می‌توان آن را روی سطح سرد چاپ کرد. می‌تواند با گوشه‌ها و ویژگی‌های تیزتر در مقایسه با مواد ABS چاپ شود. این ماده در رنگ‌های مختلف موجود است. معایب: مواد PLA خیلی محکم نیستند و در صورت قرار گرفتن در معرض گرمای شدید می‌توانند تغییر شکل دهند. این نوع مواد استحکام کمتری دارند.

5-طلا و نقره: امروزه امکان پرینت سه‌بعدی با استفاده از طلا و نقره وجود دارد. این رشته‌ها مواد محکمی هستند و به‌صورت پودر پردازش می‌شوند. این مواد به‌طورکلی در بخش جواهرات استفاده می‌شود. این فلزات برای چاپ از فرآیند DMLS سینترش لیزر مستقیم فلزیا SLM استفاده می‌کنند. خصوصیات متمایز: رسانایی الکتریکی بالایی دارد. مقاوم در برابر حرارت است. معایب: چاپ با طلا و نقره گران است. تلاش و زمان زیادی برای درست کردن آن نیاز است. هم طلا و هم نقره‌کار با لیزر به دلیل انعکاس بالا و هدایت حرارتی بالا دشوار است. ازآنجایی‌که برای چاپ این مواد به دمای بسیار بالا نیاز است، یک چاپگر سه‌بعدی FDM معمولی برای استفاده مناسب نیست.

6-فولاد ضدزنگ: فولاد زنگ نزن به روش همجوشی یا تف جوشی لیزری چاپ می‌شود. دو فناوری ممکن برای این ماده وجود دارد. این می‌تواند فناوری‌های DMLS یا SLM باشد. ازآنجایی‌که فولاد ضدزنگ تماماً در مورد استحکام و جزئیات است، برای استفاده در مینیاتورها، پیچ و مهره‌ها و جاکلیدی‌ها عالی است.

خصوصیات متمایز: فولاد ضدزنگ را می‌توان به‌منظور بهبود استحکام و سختی عملیات حرارتی کرد. در کاربردهای با مقاومت بالا عملکرد خوبی دارد. مقاومت بالایی در برابر خوردگی ایجاد می‌کند. شکل‌پذیری بالایی دارد. معایب: زمان ساخت پرینت سه‌بعدی با استفاده از این فلزات بسیار طولانی‌تر است. چاپ با فولاد ضدزنگ گران است. همچنین اندازه چاپ محدود است.

7- تیتانیوم: تیتانیوم قوی‌ترین و سبک‌ترین ماده برای چاپ سه‌بعدی است. در فرآیندی به نام زینترینگ لیزری مستقیم فلز استفاده می‌شود. این فلز عمدتاً در زمینه‌های با تکنولوژی بالا مانند اکتشافات فضایی، هوانوردی و زمینه پزشکی استفاده می‌شود.

خصوصیات متمایز: این ماده پیچیدگی و وضوح بیشتر در طراحی ارائه می‌دهد. همچنین دقت در طراحی را به طراحان صنعتی ارائه می‌دهد. زبری سطح متوسطی دارد. تیتانیوم همچنین زیست سازگار است و در برابر خوردگی مقاوم است. معایب: پرینت سه‌بعدی تیتانیوم گران است.

8-سرامیک: سرامیک یکی از جدیدترین موادی است که در پرینت سه‌بعدی استفاده می‌شود. دوام بیشتری نسبت به فلز و پلاستیک دارد زیرا می‌تواند در برابر گرما و فشار شدید مقاومت کند، حتی بدون شکستن یا تاب برداشتن آن. علاوه بر این، این نوع مواد مانند سایر فلزات مستعد خوردگی نیستند و مانند پلاستیک‌ها فرسوده نمی‌شوند. این ماده عموماً در فناوری Binder Jetting، SLA (Stereolithography) و DLP (Digital Light Processing) استفاده می‌شود. خصوصیات متمایز: دارای قطعات با دقت بالا با سطح صاف و براق است. همچنین در برابر اسید، گرما مقاومت دارد. سرامیک طیف رنگی وسیعی دارد معایب: سرامیک برای ذوب شدن به دمای زیادی نیاز دارد. برای فرآیندهای لعاب‌کاری و کوره کاری مناسب نیست. ازآنجایی‌که شکننده است، محدودیت‌هایی در چاپ اشیاء با قطعات محصور و در هم قفل‌شده دارد. برای فرآیند مونتاژ قطعه ایدئال نیست.

9-پلی‌اتیلن: PET یا پلی‌اتیلن ترفتالات نیز یکی از پلاستیک‌های پرمصرف است. این ماده در فرآیندهای ترموفرمینگ استفاده می‌شود. همچنین می‌توان آن را با مواد دیگری مانند الیاف شیشه برای ایجاد رزین‌های مهندسی ترکیب کرد. در پرینت سه‌بعدی از PETG استفاده می‌شود. این‌یک نسخه اصلاح‌شده از PET است که در آن G مخفف “گلیکول اصلاح‌شده” است. درنتیجه، رشته‌ای تشکیل می‌شود که کمتر شکننده، شفاف‌تر و راحت‌تر از PET استفاده می‌شود. این فیلامنت در فناوری‌های FDM یا FFF قابل‌استفاده است. خصوصیات متمایز: این ماده بادوام است. در برابر ضربه مقاوم و قابل بازیافت است. همچنین می‌توان آن را استریل کرد. چسبندگی لایه‌ای عالی دارد. عملکرد ترکیبی ABS مقاوم در برابر دما، قوی ترو چاپ آسان‌تری دارد. معایب: این ماده می‌تواند توسط نور UV ضعیف شود. مستعد خراشیدن است. آزمایش بیشتری با پارامترهای چاپ سه‌بعدی موردنیاز است. HIPS

10-پلی استایرن با ضربه بالا) HIPS یا پلی استایرن با ضربه بالا رشته‌های پلاستیکی هستند که برای ساختارهای پشتیبانی در چاپگرهای FDM استفاده می‌شوند. ازنظر سهولت استفاده با ABS قابل‌مقایسه است. تنها تفاوت آن توانایی حل شدن است. HIPS در یک هیدروکربن مایع به نام لیمونن کاملاً محلول است. خصوصیات متمایز: ماشین‌کاری خوبی دارد. همچنین می‌توان از آن برای ساخت سازه‌های پیچیده استفاده کرد. بسیار نرم و سبک است. در برابر آب و ضربه مقاوم است. ارزان است. معایب: بخارهای قوی تولید می‌کند. بنابراین، توصیه می‌شود در یک منطقه تهویه شده استفاده شود. بدون جریان گرمای ثابت، این ماده می‌تواند نازل ولوله‌های تحویل چاپگر را مسدود کند.

11- پلی کربنات: پلی کربنات پادشاه بلامنازع مواد برای چاپ سه‌بعدی رومیزی است. قابلیت پلی کربنات در چاپ سه‌بعدی شگفت‌انگیز است. در مقایسه با نایلون 7000 psi، استحکام کششی پلی کربنات 9800 psi است که آن را به گزینه‌ای ایدئال برای تولید قطعات با استحکام بالا تبدیل کرده است.

نتیجه

با داشتن دانش مناسب و استفاده از مواد مناسب، پرینت سه‌بعدی صنعتی را می‌توان به‌طور مؤثر انجام داد. همان‌طور که صنعت چاپ سه‌بعدی رشد می‌کند، مواد بیشتری برای ساخت نمونه‌های اولیه استفاده می‌شود و با چاپگرهای سه‌بعدی مختلف سازگار خواهد بود. مانند هر فرآیند و تجهیزات جدید، منحنی یادگیری شیب‌داری وجود دارد و با حرکت از پرینت سه‌بعدی پلاستیکی به فلزی افزایش می‌یابد.