معرفی انواع فیلامنت پرینتر های سه بعدی

فیلامنت ها مواد ترموپلاستی هستند که به صورت رشته هایی با قطر یکسان مثلاً 1.75 میلی متر درآمده اند و به دور حلقه ای پیچیده شده اند و ماده خام مصرفی پرینتر های سه بعدی با تکنولوژی FDM به حساب می آیند. تا کنون بیش از 30 نوع و جنس متفاوت از فیلامنت ها تولید شده اند که هر کدام کارایی و خواص منحصر به فرد خود را دارند که در اینجا با مهم ترین آنها آشنا خواهیم شد:

• PLA
• ABS
• PC
• PET و PETG
• انعطاف پذیر TPU و TPE
• فیبر کربن
• فیلامنت های HIPS و PVA
• نایلون
• سرامیک
• چوب
• سرامیک
• رسانا
• حاوی پودر سنگ
• حاوی پودر فلز

1 – فیلامنت PLA:

فیلامنت PLA یا Polylactic Acid معروف ترین و آسان ترین پلیمر برای پرینت سه بعدی است. پرینت پذیری بالا به علت دمای پرینت پایین، نیاز نداشتن به بستر گرما و… در کنار کیفیت ظاهری خوب، آن را به انتخاب اول کاربران پرینتر های FDM تبدیل کرده است. این فیلامنت از استحکام خوبی برخوردار است، اما شکننده است.

     PLA ترکیب یک پلی لاکتیک اسید و یک بیوپلیمر (مثل ذرت یا نیشکر) است و جایگزین بسیار مناسبی برای فیلامنت ABS می‌باشد. به دلیل اینکه این فیلامنت از ترکیبات تجزیه شونده‌ای مثل نشاسته ذرت یا نیشکر مشتق می‌شود، یک ترموپلاستیک تجزیه‌پذیر است؛ بنابراین فیلامنت PLA در مقایسه با سایر متریال‌های پلاستیکی، کاملا با محیط زیست سازگار هستند. مزیت مهم دیگر فیلامنت PLA در عدم انتشار گازهای سمی و بد بو در حین پرینت است، پس امکان چاپ در خانه، کلاس آموزشی و کارخانه‌ها بدون تهویه خاصی وجود دارد.

     ساختار فیلامنت PLA نسبت به فیلامنت ABS سختی بیشتری دارد (عامل اول) بدین معنی که اشیای چاپ شده شکنندگی بیشتری و قابلیت پرداخت سطح کمتری خواهند داشت. از طرفی دمای ذوب متریال PLA بین ۱۸۰ تا ۲2۰ درجه سانتیگراد است و دمای پایینی به حساب می آید (عامل دوم) به بستر گرم‌شونده یا همان هیت بد احتیاجی ندارد پس مشکلاتی مثل تاب خوردگی، ترک و فشردگی حین سرد شدن را نخواهید داشت که واقعا کمک‌کننده است اما از طرفی این دمای پایین پرینت PLA را ضعیف­تر می­سازد. به طور کلی هرچه دمای پرینت بالاتر باشد استحکام قطعه پرینتی بیشتر خواهد شد. پایین بودن دمای پرینت فیلامنت PLA زمانی که شما در حال چاپ قطعات متحرک یا قرار دادن این قطعات در معرض دماهای بالا (بالا تر از 40 درجه سانتی گراد) هستید اهمیت پیدا می­کند. وجود دو عامل ذکر شده می­توانند منجر به ترک­‌خوردگی، تاب برداشتن یا حتی ذوب­‌شدن در اشیای سه­‌بعدی تحت شرایط محیطی گرم شود. اگر هیچ یک از موارد فوق در مورد شما و پروژه‌­های سه­‌بعدی شما اعمال نمی‌­شود فیلامنت PLA بهترین گزینه انتخابی شما خواهد بود.

• مزایای فیلامنت PLA:
• قیمت پایین
• دقت پرینت خوب
• ضریب انقباض پایین و عدم تاب برداشتن قطعه
• پایه زیستی و تجدید پذیر
• بدون بو در هنگام چاپ.
• مقاومت خوب در برابر اشعه UV

• معایب فیلامنت PLA:
• پایین ترین مقاومت گرمایی
• مقاومت کم در برابر رطوبت
• استحکام کمتر نسبت ABS
• انعطاف پذیری کم
• عدم قابلیت پرداخت کاری (به صورت کلی)

2- فیلامنت ABS:

فیلامنت ABS یا Acrylonitrile Butadiene Styrene سه ترکیب اکریلونیتریل (پلیمر مصنوعی از اکریلیک‌های معروف)، بوتادین (ترکیبی آلی) و استایرن (آروماتیکی مایع، بی‌رنگ و بو) می‌باشد. فیلامنت ABS یکی از مرسوم‌ترین انواع فیلامنت برای پرینترهای سه بعدی محسوب می‌شود؛ این ترموپلاستیک ارزان، بادوام، کمی قابل انعطاف و سبک‌وزن بوده و به راحتی از اکسترودر خارج‌ می‌گردد. به همین خاطر برای استفاده در پرینتر سه بعدی بسیار محبوب است. فیلامنت ABS همان پلاستیکی است که در صنعت در ساخت قطعات پلاستیکی مرسوم مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال این فیلامنت چندین عیب مهم و غیر قابل چشم پوشی دارد که باعث شده از فیلامنت PLA محبوبیت کمتری داشته باشد:

• به دمای بالایی برای رسیدن به نقطه خمیری نیازمند است: میانگین ۲3۰ تا ۲6۰ درجه سانتیگراد.
• نیازی حتمی به بستر گرم شونده ساخت دارد تا از خنک‌شدن سریع لایه های پرینت عای الخصوص لایه اول پرینت که منجر به پیچ‌خوردگی، تاب خوردن و نهایتاً بلند شدن قطعه از صفحه ساخت می‌گردد، جلوگیری شود. که برای حل نمودن این مشکل باید شرایط محیطی پیرامون پرینتر را به نحوی فراهم نمایید پرینتر کمترین تبادل حرارتی با محیط اطراف خود را داشته باشد.
• سومین عیب فیلامنت ABS در بخار شدیدی است که حین گرم شدن منتشر می‌کند که استنشاق این گاز برای انسان و حتی حیوانات خطر دارد. بنابراین به هنگام کار با فیلامنت ABS به یک تهویه مناسب احتیاج است.

• مزایای فیلامنت ABS:
• دوام، مقاومت و استحکام بالا (بیشتر از PLA)
• امکان انجام فرآیند های پسا پرینت مثل سنباده‌زنی، پرداخت سطوح و رنگ‌کاری
• مقاومت گرمایی بالا (تا 100 درجه سیلسیوس)

• معایب فیلامنت ABS:
• ضریب انقباض بالا که گاهی باعث ایجاد تاب خوردگی و پیچش در قطعات می شود.
• حساس بودن به نوسانات حرارتی محیط
• متصاعد کردن بخار های بد بوی سمی حین پرینت
• نیاز به صفحه ساختی گرم (هیت بد)

3- فیلامنت پلی کربنات (PC):

فیلامنت پلی کربنات بهترین فیلامنت از نظر استحکام و مقاومت در برابر حرارت را در میان همه فیلامنت ها دارد و یک جایگزین خوب برای فیلامنت ABS است، زیرا مشخصات شبیه به یکدیگر دارند. مقاومت فیلامنت PC  در برخی موارد به سه تا چهار برار فیلامنت PLA نیز می‌رسد. فیلامنت پلی کربنات تا دمای 130 درجه ی سیلسیوس مقاومت خود را حفظ کرده و خواص ساختاری خود را از دست نمی دهد. همچنین در عین سختی و استحکام بالا در برابر خم شدگی و انحراف، مقاومت بالایی از خود نشان داده و به راحتی شکسته نمیشود.

     یکی از مواردی که باید در مصرف فیلامنت پلی کربنات باید گردد، جذب رطوبت بالاست که میتواند خواص آن را تا حدی تغییر دهد مثلا یکی از اتفاقی برای فیلامنت پلی کربناتی که در محیط باز مانده باشد این است که به شدت شکننده می شود و در صورتی که در پرینتر قرار گیرد ممکن است حین پرینت بشکند و فرآیند پرینت را با مشکل مواجه کند. لذا باید در زمانی که از آن استفاده نمی شود بسته بندی شود و درون آن ماده جاذب رطوبت گذاشته شود. فیلامنت پلی کربنات دمایی بالاتر از فیلامنت ABS برای پرینت شدن احتیاج دارد و به دلیل داشتن ضریب انقباض بیشتر نسبت به ABS در پرینتر هایی که دارای فضای بسته هستند عملکرد بهتری خواهد داشت. هم چنین دمای صفحه ساخت برای این فیلامنت 80 تا 120 درجه سیلسیوس پیشنهاد میشود.

• مزایای فیلامنت PC:
• استحکام بسیار بالا در برابر ضربه، کشش و خمش بدون شکستن (بالاترین در بین تمام فیلامنت ها)
• استحکام بالا در برابر سایش (بالاترین)
• استحکام بالا در برابر حرارت های تا 130 درجه
• دارای قابلیت استریل شوندگی

• معایب فیلامنت PC:
• دمای بالای پرینت؛ معمولا بین 240 تا 280 درجه
• دمای بالای صفحه ساخت؛ معمولاً بالای 80 درجه
• جذب شدید رطوبت محیط
• سخت بودن کار برای کاربران مبتدی
• پذیرش بسیار پایین فرآیند های پرداخت کاری مثل سنباده زنی

4- فیلامنت های PET و PETG:

     فیلامنت PETG‌، نوعی ترکیب پلی ‌استر شبیه به فیلامنت PET‌ می‌باشد. در واقع فیلامنت PETG از گلیسرین و ترکیبات فیلامنت PET ساخته می‌شود. فیلامنت PETG یا  Glycol Modified Polyethylene Terephthalateو مشابه آن PET  فیلامنت خواصی بین فیلامنت ABS و PLA دارند. از طرفی مقاومت گرمایی و استحکامی بهتر از فیلامنت PLA اما پایین تر از فیلامنت ABS دارد و همچنین به اندازه ABS مشکلات پرینت را ندارد. در واقع این فیلامنت یک ماده جامع است اما خواصی مثل قابلیت انعطاف، استحکام و مقاومت در برابر ضربه و حرارت مابین دیگر فیلامنت ها دارد. این ویژگی ها از این مواد گزینه ای مناسب می سازد تا از آن برای ساخت اجسامی که در معرض ضربه و شوک قرار دارند استفاده شود؛ اجسامی مانند قطعات مکانیکی.

     گاهی کاربرد فیلامنت PETG به جای ABS منطقی است. شرایط چاپ به مراتب راحتتر از abs بود و احتمال خطاهای پر دردسر ترک خوردگی یا تاب برداشتن قطعه بسیار کاهش می یابد. پس از چاپ نیز قطعه مقاومت abs با انعطاف بهتر را داراست. دقت کنید دستگاه باید بستر گرم شونده را داشته باشد. اما هم چنان فیلامنت PETG جزو آن دسته از فیلامنت هایی است که کار با آن برای افراد مبتدی دشوار است.

     یکی از ویژگی های خاص این فیلامنت، سازگاری با مواد غذایی و غیر سمی بودن آن است. به نحوی که برای پرینت قطعاتی مثل بطری های مایعات خوراکی یا ظروف خوراکی فیلامنت PETG یکی از بهترین گزینه هاست.

در مقایسه فیلامنت PLA با فیلامنت PETG باید در نظر گرفت که:

• چاپ و کنترل فیلامنت PLA راحت تر است.
• ضریب انقباض PLA کمتر است.
• فیلامنت PETG محکم تر و با دوام تر و در برابر ضربه قوی تر است.
• فیلامنت PETG کمتر مستعد خراش و آسیب ها سطحی است.
• فیلامنت PETG عموما گران تر از PLA است.
• قابلیت پرداخت کاری PLA بیشتر است.

هم چنین در مقایسه فیلامنت ABS با فیلامنت PETG باید در نظر گرفت که:

• هر دو در برابر ضربه رفتاری تقریبا یکسان از خود نشان داده و با دوام هستند.
• فیلامنت PETG بر خلاف ABS قابلیت حلال بودن در حمام بخار استون را دارا نیست.
• برای پرینت ظروف مواد خوراکی و نوشیدنی فیلامنت PETG انتخاب درستی است اما ABS اینگونه نیست.
• پرینت با فیلامنت ABS شرایط سخت تری دارد.
• ضریب انقباض فیلامنت ABS بیشتر است.
• فیلامنت ABS قابلیت پرداخت کاری بیشتری دارد.
• قیمت فیلامنت PETG بیشتر است.

5- فیلامنت های انعطاف پذیر TPU و TPE:

     از جمله فیلامنت های انعطاف پذیر یا فلکسیبل (flexible) فیلامنت TPE یا Thermoplastic Elastomers  و فیلامنت TPU یا Thermoplastic Polyurethane هستند. بیشترین استفاده فیلامنت TPE در ساخت اجسام انعطاف پذیر می‌باشد که به علت دارا بودن خاصیت الاستیک بالا دارای بیشترین مقاومت ضربه ای است. در واقع فیلامنت TPE به خاطر الاستومرهای ترموپلاست، انعطاف­‌پذیرترین ماده در میان تمامی فیلامنت هاست. این فیلامنت دارای چنان خواص الاستیسیته‌­ی بالایی است که حسی شبیه لاستیک واقعی دارد، که به آسانی مانند یک نوار الاستیک به شکل قبلی خود باز می گردد و در مقایسه با ABS یا PLA بار های کششی بیشتری را تحمل می کند.

     فیلامنت TPU یکی از زیر مجموعه های TPE هست که یک فرم خاص اما متداول از پلیمر های کششی یا Elastomer است که قابلیت استفاده در اکثر پرینتر های سه بعدی با تکنولوژی FDM را دارد.

     تفاوت عمده TPE با TPU در میزان خاصیت الاستیک (کش آمدگی) است که میزان کش آمدن در TPU بسیار بالاتر است تا حدی که گاهی رفتاری شبیه به سیلیکون ها را از خود نشان میدهد. در برخی از برند های تولید کننده فیلامنت یک تکه 20 سانتی متری از فیلامنت PTU ممکن تا حدود 1 متر کش بیاید در صورتی که در PTE شاهد اینگونه رفتار نخواهیم بود.

     به دلیل این تفاوت رفتاری بین این دو فیلامنت شرایط پرینتی آنها نیز با هم متفاوت است:

در بین فیلامنت های فلکسیبل TPU از بقیه کمی محکمتر است و این باعث می شود که برای اکسترود و چاپ مناسب تر باشد با این حال ماده ای با قدرتی متوسط است که انعطاف پذیری و دوام بالایی دارد و می تواند نیروهای فشاری و کششی بیشتری را از مواد معمولتری مانند PLA و ABS تحمل کند.

     در مجموع فیلامنت PTU بهبود یافته ی فیلامنت PTE است اما بسیار گران قیمت تر نیز هست و پرینت قطعات با آن نیازمند اپراتوری با تجربه و پرینتری حرفه ای با تنظیمات اسلایس گیری حرفه ای می باشد.

• مزایای فیلامنت های PTE و PTU:
• رفتاری مشابه لاستیک دارد.
• مناسب برای چاپ قطعاتی که انعطاف پذیری زیادی نیاز دارد.