پرینت سه بعدی پلیمرها

پرینت سه بعدی پلیمر یک تکنولوژی در حال ظهور است که تحقیقات اخیر به سمت استفاده بیشتر آن در صنعت ، به ویژه در زمینه پزشکی، پیش رفته است. پرینت سه بعدی پلیمر فرآیند به صرفه ای است زیرا امکان چاپ قطعات کم هزینه با خواص و قابلیت های متنوع را فراهم می کند. پرینت سه بعدی یک روش ساخت قطعات بسیار مطلوب است زیرا امکان ساخت طرح هایی با هندسه ها و معماری های پیچیده را فراهم می کند که با فرآیندهای تولید مرسوم ، امکان پذیر نیست.

پرينت سه بعدي پليمر

یکی از محبوب ترین و مقرون به صرفه ترین فرآیند پرینت سه بعدی پلیمر ، FDM است که قطعات از طریق اکستروژن فیلامنت های پلاستیکی تولید می شوند. اما با این وجود دقت در دستگاه های FDM مانند سایرهای فرآیندهای پرینت سه بعدی SLS و پرینت سه بعدی SLA نیست. پلیمرها اغلب با این تکنولوژی برای ایجاد نمونه های اولیه استفاده می شوند. بنابراین برای قطعات صنعتی و نهایی، سازندگان ممکن است پرینترهای سه بعدی SLS (با استفاده از پودرهای سرامیکی) یا پرینت سه بعدی SLA (با استفاده از رزین های پلاستیکی) را انتخاب کنند که دقت و کیفیت قطعات بیشتر شود. در ادامه به توضیح جزئیات هر یک از این فرآیندها پرداخته شده است.

پرینت سه بعدی پلیمر به روش SLA

یکی از فرآیندهای پرینت سه بعدی پلیمر ، پرینت سه بعدی SLA است. ظهور پرینت سه بعدی SLA در دهه 1980 آغاز شده است. پرینت سه بعدی SLA یک فناوری ایده آل برای تولید قطعاتی با ظاهر و سطح با کیفیت است. به دلیل دقت و وضوح بالا، قطعات حاصل از پرینترهای سه بعدی SLA بیشتر برای الگوهایی برای کاربرد قالب گیری استفاده می شوند. فتوپلیمرهای پرینت SLA در مواردی با رنگ های متنوع و همچنین چندین ماده تخصصی (قابل ریخته گری، بادوام، دمابالا، درجه پزشکی) وجود دارند.

پرینتر SLA

پرینتر سه بعدی SLA متکی بر رزین های قابل پخت تابشی مایع است. این موارد در پرینتر SLA به طور انتخابی توسط لیزر UV لایه به لایه به عمل می آیند و باعث جامد شدن رزین در پرینتر سه بعدی SLA می شوند. اگر چه قطعات حاصل از پرینت سه بعدی SLA سطح با کیفیتی را ارائه می دهند اما پرینت سه بعدی SLA نسبت به سایر فناوری ها دوام کمتری دارند. همچنین از آنجایی که مواد پرینت سه بعدی SLA به نور UV حساس هستند، خواص مکانیکی قطعات حاصل از پرینتر سه بعدی SLA می تواند به دلیل قرار گرفتن بیش از حد در معرض نور خورشید تغییر کند. بنابراین محصولات حاصل از پرینترهای سه بعدی SLA برای استفاده در فضای باز مناسب نیستند.

پرینت سه بعدی پلیمر به روش SLS

یکی دیگر از فرآیندهای پرینت سه بعدی پلیمر ، پرینت سه بعدی SLS است. پرینت سه بعدی SLS یک فرآیند تولید است که شامل ترکیب مواد پودری پلاستیکی با استفاده از یک لیزر قدرتمند است. پرینتر سه بعدی SLS با دارا بودن ویژگی هایی نظیر دقت بالا، سرعت، قابلیت اطمینان و عدم وجود ساختارهای پشتیبانی، هم برای نمونه سازی کاربردی و هم برای تولیدات با حجم کم استفاده می شود. در پرینترهای سه بعدی SLS معمولا از پودرهای پلی آمید (نایلون) استفاده می شود. با این حال، شرکت ها به طور مداوم در حال اضافه کردن مواد جدید در پرینتر سه بعدی SLS هستند.

اصل عملکرد پرینترهای سه بعدی SLS ، زینتر پودر با کمک لیزر مادون قرمز در دمای بالا است که به دانه های پودر کمک می کند تا قبل از اتصال به پرتو لیزر، یکپارچه شوند. در پرینتر SLS معمولی بخشی به نام تختک وجود دارد که غلتک ، لایه نازکی از پودر را بر روی آن پخش می کند و سپس در پرینتر سه بعدی SLS طبق لایه های برش داده شده از یک فایل مدل سه بعدی تف جوشی می شود.

پرینت سه بعدی SLS

سپس در پرینترهای سه بعدی SLS ، پلتفرم به میزان کمی به سمت پایین حرکت می کند و این روند تا تشکیل آخرین لایه تکرار می شود. پس از فرآیند پرینت سه بعدی SLS ، بخش پس پردازش می آید که نیاز به برداشتن مدل از سوسپانسیون پودر زینتر نشده و سندبلاست فلزات آن می باشد. برخلاف FDM، پرینتر SLS برای پرینت سه بعدی بدون هیچ ساختار پشتیبانی برای مدل‌هایی با هندسه پیچیده در دسترس است زیرا در پرینترهای سه بعدی SLS پودر معلق هستند. علاوه بر این، می توان به راحتی اشیاء متحرک را  با استفاده از پرینتر SLS بلافاصله چاپ کرد.

پرینت سه بعدی پلیمر به روش FDM

یکی دیگر از فرآیندهای پرینت سه بعدی پلیمر ، پرینت سه بعدی FDM است که با نام ساخت فیلامنت ذوبی (FFF) نیز شناخته شده است. پرینت سه بعدی FDM یکی از محبوب ترین روش ها برای مصارف صنعتی است. پرینترهای سه بعدی FDM در دهه 1990 به صورت تجاری در دسترس قرار گرفته اند و استفاده از پرینتر FDM یک فناوری نمونه سازی مقرون به صرفه و کاربرپسند محسوب می شود. با گذر زمان، پرینتر سه بعدی FDM تکامل یافته است تا قابلیت اطمینان، دقت و انتخاب مواد بیشتری را ارائه دهد و پرینترهای سه بعدی FDM را برای تعدادی از کاربردهای تولیدی مناسب کرده است.

پرینتر سه بعدی FDM

در پرینتر سه بعدی FDM از فیلامنت های ترموپلاستیک استفاده می شود که از طریق یک نازل بر روی پلتفرم پرینت سه بعدی FDM یک لایه در یک زمان اکسترود می شوند. یکی از محدودیت های اصلی قطعات حاصل از پرینتر FDM ناهمسانگردی است، به این معنی که خواص مکانیکی آنها در تمام ابعاد فضایی یکسان نیست. این مسئله در پرینت سه بعدی FDM می تواند باعث ایجاد قطعات ضعیف تر شود. علاوه بر این، پرینت سه بعدی FDM در مقایسه با سایر فناوری ها مانند پرینترهای سه بعدی SLS یا  پرینترهای سه بعدی SLA سرعت چاپ پایین تری دارد و به طور کلی برای تولیدات متوالی غیرعملی است.

پرینت سه بعدی پلیمر ABS

فیلامنت ABS پرکاربردترین پلاستیک پرینت سه بعدی پلیمر است. در بدنه خودروها، لوازم خانگی و قاب گوشی موبایل کاربرد دارد. ABS یک ترموپلاستیک است که حاوی پایه ای از الاستومرهای پلی بوتادین است که آن را انعطاف پذیرتر و در برابر ضربه مقاوم تر می کند. ABS را می توان به صورت پودر برای فرآیندهای بستر پودری مانند SLS و به صورت مایع برای فناوری های پرینت سه بعدی SLA و PolyJet استفاده کرد.

پرینت ABS

ABS هنگامی که بین 230 درجه سانتیگراد تا 260 درجه سانتیگراد گرم شد، قابل استفاده در پرینت سه بعدی می شود. این ترموپلاستیک یک ماده سخت است که می تواند به راحتی در دمای 20- درجه سانتیگراد تا 80 درجه سانتیگراد از خود مقاومت خوبی نشان دهد. علاوه بر استحکام بالا، یک ماده قابل استفاده مجدد است و با فرآیندهای شیمیایی قابل جوشکاری است. با این حال، ABS زیست تخریب پذیر نیست و در تماس با هوا حجم آن کاهش می یابد. بنابراین برای جلوگیری از تاب برداشتن، پلتفرم چاپ باید گرم شود. علاوه بر این، استفاده از چاپگر سه بعدی محفظه بسته برای محدود کردن انتشار ذرات هنگام چاپ با ABS توصیه می شود.

پرینت سه بعدی پلیمر PLA

پلی لاکتیک اسید یا PLA بر خلاف ABS دارای مزیت زیست تخریب پذیری است. PLA با استفاده از مواد خام تجدیدپذیر مانند نشاسته ذرت تولید می شود. PLA یکی از ساده ترین مواد برای چاپ است، اگرچه پس از چاپ سه بعدی پلیمر تمایل به کمی کاهش حجم دارد. برخلاف ABS، هنگام چاپ در PLA به پلتفرم گرم شده نیازی نیست. PLA همچنین در دمای پایین تری نسبت به ABS، بین 190 تا 230 درجه سانتی گراد چاپ می شود.

پرینت PLA

PLA به دلیل سرعت سر شدن و انجماد بالای آن، فرآوری آن سخت تر است. همچنین ذکر این نکته ضروری است که مدل ها در تماس با آب ممکن است خراب شوند. با این حال، استفاده از آن ساده است و در رنگ‌های بسیار متنوعی وجود دارد که آن را برای پرینت سه بعدی FDM مناسب می‌کند.

پرینت سه بعدی پلیمر ASA

ASA ماده ای است که خواص مشابه ABS دارد، اما مقاومت بیشتری در برابر اشعه UV دارد. مانند ABS، برای جلوگیری از تاب برداشتن، توصیه می شود که پرینت سه بعدی پلیمر با پلتفرم گرم انجام شود. هنگام چاپ با ASA، تنظیماتی مشابه با ABS استفاده می شود. اما به دلیل انتشار استایرن باید دقت بیشتری برای چاپ با محفظه بسته صورت گیرد.

پرینت ASA

پرینت سه بعدی پلیمر PET

پلی اتیلن ترفتالات یا PET معمولا در بطری های پلاستیکی یکبار مصرف استفاده می شود. PET فیلامنتی ایده آل برای هر قطعه ای است که در تماس با مواد غذایی قرار گرفته است. علاوه بر این، این ماده نسبتاً سفت و سخت است و مقاومت شیمیایی خوبی دارد. برای به دست آوردن بهترین نتایج هنگام پرینت سه بعدی پلیمر PET ، بهتر است چاپ بین 75 تا 90 درجه سانتیگراد انجام شود. PET معمولاً به عنوان یک فیلامنت نیمه شفاف به بازار عرضه می شود و انواع مختلفی مانند PETG، PETE و PETT نیز به فروش می رسد. از مزایای PET می توان به این موضوع اشاره کرد که این ماده در هنگام چاپ هیچ بویی آزاد نمی کند و کاملا قابل بازیافت است.

پرینت PET

پرینت سه بعدی پلیمر PC

پلی کربنات یا PC یک ماده با استحکام بالا است که برای کاربردهای مهندسی طراحی شده است. این ماده دارای مقاومت دمایی خوبی است، قادر به مقاومت در برابر هرگونه تغییر شکل فیزیکی تا حدود 150 درجه سانتیگراد است. با این حال، PC مستعد جذب رطوبت از هوا است که می تواند بر عملکرد و مقاومت پرینت سه بعدی پلیمر تأثیر بگذارد. بنابراین، PC باید در ظروف بدون هوا نگهداری شود. PC به دلیل استحکام و شفافیت آن در صنعت بسیار ارزشمند است.

پرینت PC

هزینه پرینت سه بعدی پلیمر

هزینه پرینت سه بعدی پلیمر تا حد زیادی به فرآیند چاپ استفاده شده بستگی دارد. به طور کلی همانطور که گفته شد،  فرآیند پرینت سه بعدی مواد پلیمری با فرآیندهای FDM ، SLA و SLS انجام می شود. با مقایسه قیمت پرینترهای سه بعدی SLS ، پرینترهای سه بعدی SLA ، پرینتر FDM و همچنین هزینه های فرآیندی نشان داده شده است اگرچه وضوح و دقت در پرینت سه بعدی FDM پایین است اما هزینه تکنولوژی پرینت سه بعدی FDM بسیار مقرون به صرفه است. درنتیجه قیمت پرینت سه بعدی پلیمر با این روش کمتر است.

پرینت سه بعدی پلیمر