معرفی مقاومترین متریال فیلامنتهای چاپگر سه بعدی

اگر در مورد متریالهای مستحکم برای چاپ3بعدی کنجکاو هستید، در این مطلب، جدیدترین انواع را معرفی کرده ایم. چاپ سه بعدی میتواند سرگرم کننده باشد ولی گاهی قطعات تولید شده ضعیف و مناسب هستند و فقط جنبه دکوری دارند! این مشکل اغلب نتیجه استفاده از مواد استانداردی است که برای استحکام و استقامت طراحی نشده اند. راه حل: از یک متریال فیلامنت قوی استفاده کنید! ترکیبات شمیایی مستحکم امکانات چاپ سه بعدی را گسترش میدهند، زیرا می توانید قطعات را برای پروژه های کوچک بدون ترس از شکستن آنها چاپ و مستقیما برای فرآیند ماشین کاری صنعتی استفاده کنید.

در این مقاله، چهار نوع از قوی‌ترین فیلامنت‌ها را بررسی می‌کنیم.

با این حال، قبل از آن، معنای استحکام از نظر مواد چاپگرهای سه بعدی را به تفصیل بیان خواهیم کرد. بدون هیچ مقدمه ای، بیایید به سراغ این رشته های قدرتمند برویم.

قدرت در متریال فیلامنت چاپ سه بعدی به چه معناست؟

قبل از شروع بحث، بعنوان راهنمایی میگوییم که تمامی مواد رشته ترموپلاستیک که به دور یک رول بر اساس وزن پیچیده شده تا مورد مصرف پرینتر سه بعدی قرار گیرد را فیلامنت: Filament میگویند.

با عوامل مختلفی می توان استحکام فیلامنت را اندازه گیری کرد، اما ما عمدتاً از استحکام کششی برای این مطلب استفاده می کنیم، (یعنی حداکثر ازدیاد طول تا قبل از شکست نهایی). اکثر آزمایشها، مقاومت یک ماده را در برابر شکستن با جدا شدن اندازه می گیرد و برای تعیین استحکام کلی یک رشته مفید است. از طرف دیگر، ازدیاد طول در هنگام شکست، میزان کشش مواد را قبل از شکستن توصیف می کند و برای بررسی مقاومت در برابر ضربه عالی است.

ما استحکام کششی هر رشته را با استفاده از پوند یا پوند بر اینچ مربع (PSI) نشان خواهیم داد. برای ازدیاد طول در هنگام شکستن یک ماده، درصد افزایش طول ماده را می‌توان قبل از شکستن سنجید (این بیشتر برای مواد انعطاف‌پذیر مانند TPU مربوط می‌شود).

• متریال فیلامنت پلی کربنات: Polycarbonate:

طبق گفته‌های چند تولیدکننده و بررسی متخصصان، پلی کربنات (PC) قوی‌ترین فیلامنت قابل استفاده بعنوان متریال چاپ3بعدی در جهان است. این ماده می تواند قطعات با استحکام بسیار بالا را در صورت چاپ با سخت افزار صحیح (نازل تمام فلزی و محفظه محصور) تولید کند.

Airwolf 3D، پس از آزمایش‌های فراوان، به این نتیجه رسید که پلی کربنات پادشاه متریال پرینتر سه بعدی است. آنها توانستند تا 685 پوند را روی یک قلاب چاپ شده آویزان کنند و متوجه شدند که این ماده دارای مقاومت کششی 9800 PSI است. در مقابل، همان قسمت چاپ شده در PLA تنها می تواند 285 پوند را تحمل کند.

MatterHackers در یک آزمایش مشابه، استحکام کششی این نوع فیلامنت و همچنین انواع مواد دیگر را مورد مطالعه قرار داد. آنها توانستند به طور متوسط 409 پوند را به یک قلاب PC آویزان کنند در حالی که قطعات PLA میانگین ضعیف تری داشتند و فقط 154 پوند بودند.

شرایط چاپ و ویژگیهای پلی کربنات PC :

شاید تعجب آور نباشد که PC خیلی خوب چاپ نمی‌کند و مانند رشته‌های دیگر، پیش‌آمدگی‌ها یا جزئیات دقیق هندسی سازگار نیست. طبق گفته Rigid.Ink، فیلامنت PC عمدتاً به رنگ شفاف عرضه می شود و دارای مقاومت حرارتی عالی و همچنین مقاومت در برابر ضربه است. شما همچنین باید آنرا در دمای بالا چاپ کنید، بنابراین مطمئن شوید که یک چاپگر محصور و یک ساختار اکسترودر تمام فلزی دارید.

حداکثر قدرت آویزان شدن: 685 پوند (با استفاده از تست Airwolf 3D)

مزایا: فوق العاده قوی، مقاومت حرارتی و ضربه ای عالی

معایب: در کنترل برآمدگی ها و جزئیات پرینت قطعات بد است، نیاز به محفظه و ساختار نازل تمام فلزی، تنوع رنگ محدود است.

• فیلامنت نایلون: Nylon:

حالا متریال نایلون را داریم، یکی دیگر از قوی‌ترین مواد چاپگر سه بعدی. نایلون از نظر استحکام در رده دوم نسبت به پلی کربنات قرار دارد، اما همچنان مواد پیشکسوتی مانند PLA و ABS را شکست می دهد. طبق گفته Airwolf 3D، یک قلاب چاپ شده در رشته نایلونی (910) دارای استحکام کششی 7000 PSI بود، در حالی که همان قلاب در ABS تنها دارای قدرت 4700 PSI بود. Airwolf 3D همچنین دریافت که یک گیره چاپ شده در رشته نایلونی قادر است 485 پوند را نگه دارد.

MatterHackers : یک قلاب چاپ شده از فیلامنت نایلون مارک NylonX بطور متوسط می تواند 364 پوند را قبل از شکستن نگه دارد. Rigid.Ink به آن امتیاز چهار از پنج در استحکام و پنج را در دوام داد. لیست قیمت انواع فیلامنت: 3DPE Filament Shop

شرایط چاپ و ویژگیهای فیلامنت نایلون:

چاپ نایلون کمی راحت تر از کامپیوتر شخصی است، اما استفاده از این متریال هرگز به آسانی PLA نیست! فیلامنت نایلون رطوبت پذیر است، بنابراین باید مراقب باشید تا همیشه خشک باشد. همچنین به دمای چاپ میانگین 220-270 درجه سانتیگراد نیاز دارد. این ماده مستعد تاب خوردن ملایم است اما در برابر ضربه، خستگی و حرارت نیز مقاوم است.

حداکثر قدرت آویزان: 485 پوند (با استفاده از تست Airwolf 3D)

مزایا: مقاوم در برابر ضربه، مقاوم در برابر خستگی، مقاوم در برابر حرارت، چاپ راحت تر از رایانه شخصی

معایب: رطوبت سنجی، تاب می خورد، به دمای انتهایی بسیار بالایی نیاز دارد.

• فیلامنت تی پی یو: TPU:

سومین متریال مقاوم، پلی اورتان ترموپلاستیک (TPU) است که ماده انعطاف پذیر بوده و یکی از قوی ترین مواد در نظر گرفته میشود. اگرچه رشته های TPU فاقد استحکام کششی PC و نایلون هستند، اما وجود این ماده در لیست ما به دلیل مقاومت بسیار در برابر ضربه است که از انعطاف پذیری طبیعی و خواص کشیدگی پلاستیک ناشی می شود.

در آزمایشی که توسط Airwolf 3D انجام شد، یک قلاب چاپ سه بعدی TPU دارای استحکام کششی کمی بیشتر از نصف قلاب ساخته شده از نایلون بود. با این حال، قلاب TPU در هنگام شکست به کشیدگی 909% رسید، یعنی حدود 60 برابر کشیدگی قلاب PLA. این بدان معناست که قطعات چاپ شده در TPU قبل از اینکه کاملاً شکسته شوند، می توانند مقدار زیادی کشش داشته باشند.

یک مطالعه تحقیقاتی حرفه ای در مورد استفاده های پزشکی از TPU نتایج مشابه Airwolf 3D را نشان داد: TPU در هنگام شکست 702 درصد کشیدگی دارد. محققان همچنین خاطرنشان کردند که این کشیدگی، TPU را به یکی از بادوامترین متریالهای چاپ سه بعدی FDM تبدیل می کند.

شرایط چاپ و ویژگیهای فیلامنت TPU:

چاپ رشته‌های انعطاف‌پذیر، از جمله TPU، بسیار دشوار است؛ زیرا وقتی اکسترودر سعی می‌کند آن را بجلو فشار دهد، فیلامنت کشیده می‌شود و قطر رشته را تغییر می‌دهد. توصیه می شود TPU را با یک اکسترودر درایو مستقیم چاپ کنید، زیرا هرچه رشته کمتر از اکسترودر به انتهای داغ نازل حرکت کند، بهتر است. با این حال، شایان ذکر است که بسیاری از کاربران با موفقیت TPU را با یک اکسترودر پیکربندی شده غیرمستقیم (دوتکه ای) چاپ کرده اند.

مزایا: مقاوم در برابر ضربه، انعطاف پذیر، الزامات دمایی استاندارد

معایب: چاپ دشوار، رطوبت سنجی، به سرعت چاپ پایین نیاز دارد

• فیلامنتهای کامپوزیتی: Composites:

در نهایت، مواد کامپوزیتی، اگرچه یک ترکیب شیمیایی واحد نیستند، اما همچنان می توانند بسیار قوی باشند. کامپوزیت ها رشته هایی با مواد افزودنی خاص هستند که برای افزایش استحکام بر خواص فیلامنت معمولی تاثیر می گذارند. این رشته ها معمولاً در نام خود دارای کلمه “pro”، “تقویت شده” یا “infused” هستند، زیرا معمولاً ترکیبی از مواد مختلف هستند. همه چیز به این بستگی دارد که رشته کامپوزیت از چه چیزی تشکیل شده است. مواد قوی معمولاً یک ماده با استحکام بالا مانند نایلون هستند که با مواد با مقاومت بالا مانند فیبر کربن یا شیشه تزریق می شوند. رشته‌های کامپوزیتی دیگری نیز وجود دارند که از بسیاری از رشته‌های الیاف کربن خالص قوی‌تر هستند، ولی در لیست ما قرار نگرفته اند، اما بعنوان رشته‌ای کامپوزیتی با کاربرد منحصربه‌فرد شایسته ذکر ویژه است.

MatterHackers تشخیص داد که قلاب های چاپ شده در این مواد به ترتیب می توانند به طور متوسط ​​349 و 268 پوند را نگه دارند.

Rigid.Ink به فیلامنت نایلونی تقویتی با شیشه، امتیاز چهار از پنج را از نظر استحکام و پنج امتیاز در دوام داد. آنها همچنین به نایلون ترکیب شده با فیبر کربن امتیاز پنج از پنج را از نظر استحکام و دوام دادند. برای مقایسه، PLA و ABS هر دو حداکثر دارای سه ستاره هستند.

شرایط چاپ و ویژگیهای فیلامنت کامپوزیتی:

کامپوزیتها از نظر نحوه چاپ متفاوت هستند، اما تمایل دارند تا نسبتاً مشابه مواد اولیه خود باشند. رشته های کامپوزیت قوی معمولاً بر پایه نایلون هستند، بنابراین باید با دمای بسیار بالا چاپ کنید. این رشته ها نیز عموماً بسیار گران هستند.

حداکثر استحکام آویزان: 349 پوند برای نایلون تزریق شده با فیبر کربن، 268 پوند برای نایلون تزریق شده با شیشه (با استفاده از تست MatterHacker)

مزایا: ترکیبی از مواد، قوی

معایب: گران است، به دمای چاپ بالا نیاز دارد.

از کجا اطلاعات بیشتری کسب کنیم؟

برای مطالعه منابع تکمیلی میتوانید به مقالات انگلیسی زبان مراجعه کنید. همچنین بلاگ توسعه گران بعد سوم نیز مطالب فارسی خوبی در زمینه انواع فیلامنت چاپگرهای سه بعدی منتشر کرده است: https://www.3dpe.ir/academy

امیدواریم از خواندن این مطلب لذت برده باشید. خوشحال میشویم عقاید خود درباره مواد مقاوم قابل پرینت را در بخش نظردهی مطرح کنید.

منبع: https://www.matterhackers.com

سلب‌ مسئولیت: تیم تحریریه‌ سخت‌افزارمگ در تهیه‌ محتوای رپورتاژ نقشی نداشته و مسئولیتی در قبال صحت آن ندارد.