امروزه متریال های سازگار با تکنولوژی تولید افزودنی طیف گسترده ای را در بر می‌گیرند، از ترموپلاستیک ها گرفته تا فلزات، سرامیک ها و رزین های حساس به نور. بزرگترین خانواده این متریال ها، پلیمرها هستند که بسته به نوع پرینت سه بعدی، به اشکال مختلف موجود هستند. با این حال، انتخاب پلیمر پرینت سه بعدی مناسب برای هر برنامه و بخش می تواند کار پیچیده ای باشد. دانستن خواص و ویژگی های هر ماده برای اطمینان از عملکرد صحیح قطعات نهایی مهم است. به منظور درک بهتر نحوه انتخاب پلیمر مناسب برای هر کاربردهای مختل، با سه متخصص صنعت صحبت کرده ایم.
اولین متخصص ما Krzysztof Kardach، رئیس Technology – FFF 3D Printing در OMNI3D است. او نزدیک به 10 سال است که عضوی از این شرکت بوده و فعالیت‌هایش متمرکز بر فناوری پرینت سه بعدی و توسعه فیلامنت است. علاوه بر این، او از رویکرد کاربردی خود برای کمک به شرکت های کوچک و بزرگ برای استفاده از چاپ سه بعدی پلیمری استفاده کرده است. کارشناس بعدی Fernanda Kronjäger، مدیر فروش در مشاوره فنی پرینت سه بعدی در شرکت شیمیایی BASF است. فرناندا که متخصص در selective laser sintering است، به کاربران کمک می کند تا پلیمر مناسب را برای هر کاربردی پیدا کنند. در آخر Martin Opustil، متخصص بازاریابی در Fillamentum را داریم که در ارتباط با بخش تحقیق و توسعه مارل راهنمایی کرد. در Fillamentum، تیم ها به توسعه‌ی مواد چاپ سه بعدی خلاقانه برای رفع نیازهای بازار مشغولند. مارتین از طریق همکاری نزدیک خود با سایر تیم ها توانسته است بینش ارزشمندی در مورد مواد و تکنیک های پیشرفته در زمینه چاپ سه بعدی به دست آورد.
امروزه چه پلیمرهایی در بازار وجود دارد؟
در حال حاضر طیف وسیعی از پلیمرها برای چاپ سه بعدی موجود است. در واقع این خانواده از مواد علاوه بر گسترده بودن، هم در حالت مایع به صورت رزین و هم به صورت جامد به صورت فیلامنت یا پودر یافت می شوند. اصلی‌ترین مواردی که به ذهن می‌رسد ترموپلاستیک‌ها (PLA یا ABS)، الاستومرها (TPA یا TPU، به شکل فیلامنت یا پودر)، پلیمرهای حساس به نور مانند رزین و پلیمرهای محلول هستند که به ما در ساخت سازه‌های ساپورت کمک می‌کنند. علاوه بر این، پلی آمید نیز وجود دارد که معمولاً به صورت پودر (PA11، PA12) برای SLS یافت می شود، اما به صورت فیلامنت (PA6) سازگار با روش های اکستروژن نیز موجود است.
مارتین در رابطه با مواد مختلفی که در بازار مواد پرینت سه بعدی یافت می شوند، توضیح داد: «امروزه طیف وسیعی از آنها وجود دارد. از مواد معمولی (مانند PLA، ABS)و کامپوزیت ها (الیاف کربن، الیاف آرامید) گرفته تا مواد فنی پیشرفته (CPE، ASA، PA) یا مستقیماً صنعتی که ویژگی‌های پیشرفته خاصی مانند مقاومت در برابر مواد شیمیایی، مقاومت در برابر شعله، آب و هوا دارند.» Fernanda Kronjager در تکمیل این حرف‌ها میگوید، "تعداد این مواد سال به سال بر اساس نیازهای بازار و مشتری افزایش می یابد." از این نظرات میتوان جمع بندی کرد که فناوری سه بعدی روزبه‌روز دروازه‌هایش را بر روی کاربردهای بیشتر و بیشتر باز می کند.
هنگام انتخاب پلیمرهای پرینت سه بعدی چه نکاتی را باید در نظر داشته باشید؟
یک نکته مهم قبل از انتخاب پلیمر مناسب این است که بدانید چگونه همه عوامل تعیین کننده فرآیند را ارزیابی کنید. به عنوان مثال، طراحی قطعه، که بسته به تکنولوژی مورد استفاده تحت تاثیر قرار خواهد گرفت. به عنوان مثال، طراحی یک مدل سه بعدی برای اکستروژن را در نظر بگیرید، سازه‌ی ساپورت لازم است و به همین دلیل پیچیدگی قطعه محدود خواهد شد. از سوی دیگر، در فرآیندهای بستر پودری، به طور کلی، آزادی طراحی بیشتری وجود دارد، زیرا نیازی به تکیه گاه نیست و حتی می توان کوچکترین جزئیات را تولید کرد.
Krzysztof Kardach توضیح می‌دهد که به ویژه در مورد اکستروژن چه جنبه‌هایی را باید در نظر گرفت: «در چاپ سه‌بعدی FFF، ما باید محدودیت‌های مواد و چاپگر را در نظر بگیریم. به عنوان مثال، برخی از فیلامنت ها را می توان با سازه‌های قابل حل یا جدا شدنی چاپ کرد. برخی دیگر در حال حاضر فیلامنت پشتیبانی سازگار ندارند و تکیه گاه ها باید با همان مواد اصلی ساخته شوند. چاپ ساپورت ها با مواد یکسان به این معنی است که باید آنها را به صورت مکانیکی جدا کنید، بنابراین تکیه گاه ها نمی توانند در داخل قطعه، در مکان های غیرقابل دسترس قرار گیرند. عامل دیگر انقباض و جمع شدگی مواد است. قطعاتی که دارای تغییر سریع در سطح مقطع لایه‌های بعدی هستند، هنگام چاپ با پلیمرهای فنی یا اولترا مشخص شده در بالا، دچار مشکلاتی با دفورماسیون می‌شوند.
علاوه بر این، مارتین خاطرنشان می‌کند: «طراحی قطعه نیز می‌تواند بر انتخاب مواد تأثیر بگذارد، علاوه بر این، ویژگی‌های مورد نظر در کنار نوع فرآیند مورد استفاده در هنگام فکر کردن به طراحی بسیار مهم است. برای قطعاتی که نیاز به استحکام دارند و سطح خوبی دارند، ترموپلاستیک ها اغلب بهترین انتخاب هستند. با این حال، برای قطعاتی که نیاز به انعطاف دارند، الاستومرها گزینه بسیار بهتری هستند. مراحل پردازش پس از چاپ نیز فاکتور مهمی است و برخی از مواد برای دستیابی به سطح یا استحکام مورد نظر به پرداخت نیاز دارند. Kronjäger می گوید: " پردازش گزینه های زیادی برای بهبود دوام، زبری سطح و کیفیت کلی قطعه پرینت سه بعدی در اختیار شما قرار می دهد. به عنوان مثال، این موارد شامل تمیز کردن، پرداخت و تکمیل است. راه حل بستگی به مواد و سطح مورد نظر دارد. حتی می‌توانید قطعات را در رنگ‌های مختلف بپوشانید."
انتخاب بهترین پلیمر بسته به کاربرد
همانطور که اشاره کردیم، صنایع و حوزه های بیشتری روی ادغام فناوری‌های تولید افزودنی در تولیدات خود سرمایه‌گذاری می کنند. به همین دلیل، کاربردهای پرینت سه بعدی بسیار متنوع است. پلیمرهای پایه معمولاً در شرایطی استفاده می‌شوند که در آن به دلیل دما، محیط‌های شیمیایی یا تحت فشار مکانیکی تخریب وجود نداشته باشد. از سوی دیگر، پلیمرهای با کارایی بالا، مانند ULTEM یا PEEK، بیشتر برای محیط‌های صنعتی با اصطکاک بالا مناسب هستند. Krzysztof Kardach چگونگی تأثیر ویژگی های پلیمرها بر کاربرد آنها را خلاصه می کند: «تعداد نامحدودی از کاربری‌ها و مواد وجود دارد. متداول‌ترین توصیه‌ها عبارتند از: برای مقاومت شیمیایی مواد PPS یا PET-G. برای مقاومت حرارتی PA12-CF، PEI یا PPSU؛ برای استحکام PP، TPU یا PC؛ برای مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش ASA یا PC؛ و برای قطعات ضد آب، باید از هرگونه پلیمر پر از فیبر اجتناب کنید.
فرناندا همچنین نمونه‌هایی از کاربردهای خاص‌تر را مثال زد: «اگر کاربر به دنبال تولید قطعات کاربردی انعطاف‌پذیر با کشیدگی در هنگام شکست و مقاومت در برابر ضربه خوب است، PA11 گزینه خوبی است. از طرف دیگر، PP با چگالی کم و مقاومت شیمیایی شناخته می شود. این بدان معنی است که هر زمان که عنصری نباید شکننده باشد، سبک باشد، اما در عین حال متراکم و یا در معرض مواد شیمیایی است، پلی پروپیلن باید در نظر گرفته شود. فراموش نکنیم که برای به دست آوردن قطعات نهایی ساخته شده به صورت حرفه ای، فرآیندهای ارزیابی کیفیت و قابلیت ردیابی باید وجود داشته باشد، بنابراین استفاده از یک سرویس چاپ سه بعدی با تجربه می تواند گزینه مناسبی باشد.
در نهایت، مارتین اوپوستیل گفت: «ما ترموپلاستیک‌ها را برای کاربردهایی که نیاز به استحکام و سطح خوب دارند، مانند قطعات مکانیکی یا لوازم پزشکی، توصیه می‌کنیم. الاستومرها برای کاربردهایی که به انعطاف پذیری نیاز دارند، مانند ضربه گیرها و واشرها مناسب هستند. برای پرداخت پس از ساخت، نوع مواد مورد استفاده به قطعه‌ی نهایی مورد نظر بستگی داشته باشد. با این کار می بینیم که انتخاب بسیار گسترده است و اینکه قبل از شرط بندی بر روی یک ماده، دانستن دقیق نوع کاربرد که قرار است قطعات برای آن تعیین شوند، اهمیت حیاتی دارد. چند کلمه آخر نصیحت هنگامی که تصمیم می گیرید از کدام پلیمر برای یک برنامه پرینت سه بعدی استفاده کنید، ابتدا به نیازهای خود از نظر کیفیت، اندازه و کمیت قطعات مورد نیاز خود فکر کنید. سپس به دنبال یک فناوری مناسب باشید. با یک متخصص صحبت کنید. اگر به خرید یک چاپگر فکر می کنید، سفارش یک قطعه آزمایشی اغلب ایده‌ی خوبی است.»
منبع: 3dnatives.com
دیدگاه خود را بنویسید