استفاده از پرینترهای سه بعدی در صنایع مختلف روزبهروز گستردهتر میشود و شناخت دقیق مواد مصرفی آن نقش مهمی در کیفیت و عملکرد نهایی قطعات تولیدشده دارد. در میان انواع مواد اولیه، پلیمرها جایگاه ویژهای دارند؛ چراکه ویژگیهای مکانیکی، ظاهری و کاربردی متنوعی را برای سازههای چاپشده فراهم میکنند. انتخاب صحیح پلیمر میتواند تأثیر زیادی بر موفقیت پروژههای چاپ سه بعدی داشته باشد. در این مقاله ضمن اینکه بیان میکنیم بهترین پلیمرها برای پرینتر سه بعدی چیست، با متداولترین پلیمرهای مورد استفاده در چاپ سهبعدی آشنا میشویم. در ادامه ویژگیها، مزایا و کاربردهای هر یک را بررسی میکنیم تا بتوانید مناسبترین گزینه را بر اساس نیاز خود انتخاب کنید.
پلاستیکها پرکاربردترین مواد در پرینتر سه بعدی
اولین نسل از سیستمهای چاپ سه بعدی که در دهه ۱۹۸۰ به مرحله تجاریسازی رسیدند، عمدتاً از مواد پلیمری پلاستیکی بهره میبردند. پلاستیکها همچنان یکی از پرکاربردترین و متنوعترین مواد در حوزه چاپ سه بعدی و تولید افزایشی محسوب میشوند، چرا که در اغلب فناوریهای موجود، از جمله اکستروژن مواد (FDM/FFF)، لمینیت ورق، فتوپلیمریزاسیون مخزنی (Vat Photopolymerization)، جت مواد، جت بایندر و فیوژن بستر پودری، قابل استفادهاند.
نوع فرآیند چاپ و کاربرد نهایی قطعه، تأثیر زیادی بر شکل و نوع استفاده از پلاستیک دارد. برای نمونه، فناوری اکستروژن مواد از رشتههای پلاستیکی (فیلامنتها) برای ساخت نمونههای اولیه استفاده میکند، در حالی که در فناوریهای پیشرفتهتری مانند Powder Bed Fusion از پلاستیک به صورت پودر بهره گرفته میشود تا قطعاتی با دقت بالا، استحکام مناسب و کیفیت ظاهری بهتر تولید شوند. در این میان، استفاده از مستربچ در پرینتر سه بعدی نیز به عنوان راهکاری برای ارتقای خواص فیزیکی و رنگدهی پلاستیکها، جایگاه مهمی پیدا کرده است.
این تحولات نشان میدهد که آشنایی با ویژگیها و فناوریهای مرتبط با پلاستیک، گام نخست در انتخاب بهترین پلیمر برای چاپ سه بعدی است. در ادامه، به معرفی پرکاربردترین پلیمرهای مورد استفاده در این صنعت میپردازیم.
استفاده از ترموپلاستیکها در چاپ سه بعدی HP
شرکت HP در راستای بهینهسازی عملکرد چاپ سه بعدی، مجموعهای از مواد ترموپلاستیک پیشرفته را برای فناوری Multi Jet Fusion توسعه داده است. این مواد با هدف تولید قطعات کاربردی، باکیفیت و مقرونبهصرفه طراحی شدهاند و علاوه بر کاهش هزینه تمامشده، امکان استفاده مجدد از پودرهای مصرفی را نیز فراهم میکنند.
در میان ترموپلاستیکهای رایج HP، میتوان به پلیاتیلنهای نوع ۱۱، ۱۲ و ۱۲ GB اشاره کرد که هر یک برای نیازهای متفاوت طراحی شدهاند. جدیدترین افزودنی به این مجموعه، پلیپروپیلن قابل بازیافت HP (HP 3D PP) است که با همکاری BASF تولید شده و قابلیت استفاده صددرصدی از پودر باقیمانده را دارد. این ماده در حال حاضر یکی از بهترین گزینهها برای تولید قطعات مستحکم، سبک و اقتصادی به شمار میرود.
علاوه بر این، HP با معرفی موادی مانند TPA با قابلیت استفاده مجدد بالا (توسعهیافته توسط Evonik)، امکان تولید قطعات انعطافپذیر و سبکوزن را نیز فراهم کرده است. این الاستومرها مناسب کاربردهایی هستند که نیاز به مقاومت بالا در برابر تنش و تغییر شکل دارند.
بهترین پلیمرها برای پرینتر سه بعدی
انتخاب بهترین پلیمرها برای پرینتر سه بعدی نقش بسیار مهمی در کیفیت و عملکرد نهایی قطعات دارد. استفاده از مواد مناسب و همچنین افزودنیهایی مانند مستربچ (مستربچ سفید و …)در پرینتر سه بعدی میتواند خواص مکانیکی، رنگ و ظاهر محصولات چاپ شده را به طور چشمگیری بهبود بخشد.
ABS (اکریلونیتریل بوتادین استایرن)
ABS یکی از رایجترین ترموپلاستیکهای مورد استفاده در چاپ سه بعدی است که در تولید قطعات صنعتی و مهندسی به دلیل دوام، سختی و مقاومت بالا در برابر ضربه و حرارت کاربرد فراوانی دارد. این ماده معمولاً در قالب رشتهای (فیلامنت) برای فناوری FDM استفاده میشود و همچنین در شکل پودری برای روشهایی مثل SLS نیز در دسترس است.
از ویژگیهای قابل توجه ABS، قابلیت استفاده در طیف گستردهای از رنگها و امکان جوشکاری با روشهای شیمیایی است. اما در عین حال به دلیل تولید بخار و بوی نسبتاً شدید در زمان چاپ، توصیه میشود در محفظهی بسته و با تهویهی مناسب از آن استفاده شود. علاوه بر آن، سطح چاپ باید گرم باشد تا از تاب برداشتن قطعه جلوگیری شود. قطعات تولید شده با ABS معمولاً برای کاربردهای کوچک در صنعت خودرو، لوازم خانگی و تجهیزات الکترونیکی مناسب هستند.
PLA (پلیلاکتیک اسید)
PLA نوعی پلیمر زیستتخریبپذیر است که از منابع طبیعی مانند نشاستهی ذرت یا نیشکر تولید میشود. این ویژگی، آن را به یکی از دوستدارترین مواد محیطزیستی در چاپ سهبعدی تبدیل کرده است. PLA به طور گسترده در پرینت رومیزی کاربرد دارد، چرا که هم مقرون به صرفه بوده، هم استفاده از آن آسان است و هم بوی ناخوشایندی تولید نمیکند.
برخلاف ABS، چاپ با PLA نیاز به بستر گرم ندارد و در دمای پایینتری (حدود 190 تا 230 درجه سانتیگراد) انجام میشود. این ماده در طیف وسیعی از رنگها، هم به شکل فیلامنت و هم رزین، موجود است و به همین دلیل گزینهای مناسب برای مدلسازی، ماکتسازی، قطعات تزئینی و ابزارهای آموزشی به شمار میرود.
با این حال، PLA در برابر حرارت و رطوبت مقاومت کمتری دارد و برای کاربردهای فضای باز یا قطعاتی که در معرض نور خورشید و آب قرار میگیرند، توصیه نمیشود. همچنین به دلیل انجماد سریع، دستکاری آن پس از چاپ کمی دشوارتر است.
ASA (اکریلیک استایرن اکریلونیتریل)
ASA یکی از جایگزینهای پیشرفتهتر برای ABS به شمار میرود که با حفظ بسیاری از ویژگیهای مثبت آن، عملکرد بهتری در برابر شرایط محیطی از جمله تابش نور خورشید دارد. این پلیمر از مقاومت بالایی در برابر اشعه فرابنفش (UV) برخوردار است و به همین دلیل گزینهای مناسب برای قطعات فضای باز، تجهیزات بیرونی و لوازم جانبی خودرو محسوب میشود.
مانند ABS، برای چاپ موفق با ASA به بستر گرم و محفظه بسته نیاز است؛ چرا که در صورت نبود گرمایش مناسب، احتمال تاب برداشتن قطعه وجود دارد. از نظر خواص مکانیکی، ASA دارای استحکام بالا و مقاومت خوبی در برابر ضربه و سایش است. با این حال، به دلیل آزادسازی بخارات استایرن در حین چاپ، بهتر است در محیطهایی با تهویه مناسب و با رعایت نکات ایمنی مورد استفاده قرار گیرد. تنظیمات چاپ ASA تا حد زیادی مشابه ABS است، بنابراین کسانی که با ABS کار کردهاند، میتوانند بدون مشکل خاصی از ASA نیز استفاده کنند.
نایلون (پلیآمید)
نایلون یا پلیآمید یکی از پلیمرهای قدرتمند و بادوام در دنیای چاپ سه بعدی است که به دو صورت فیلامنت (برای FDM) و پودر (برای SLS و Multi Jet Fusion) مورد استفاده قرار میگیرد. این ماده به دلیل ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی ممتاز، انتخابی ایدهآل برای کاربردهای صنعتی، مکانیکی و حتی پزشکی است.
نایلونها از ساختارهای نیمهکریستالی تشکیل شدهاند که سبب ایجاد تعادلی عالی میان چقرمگی، انعطافپذیری، مقاومت در برابر ضربه و سایش میشود. این ماده در صنایع روباتیک، هوافضا، خودروسازی و تجهیزات پزشکی به کار میرود.
PET و PETG (پلیاتیلن ترفتالات و نسخه گلیکول اصلاحشده)
PET یکی از پلیمرهای پرکاربرد در صنایع بستهبندی، بهویژه بطریهای پلاستیکی است. نسخهی مخصوص چاپ سه بعدی آن با نام PETG (که حرف G مخفف گلیکول اصلاحشده است) بیشتر مورد استفاده قرار میگیرد. PETG نسبت به PET شفافتر، منعطفتر و آسانتر در فرآیند چاپ است و در فناوریهای FDM و FFF به کار میرود.
این ماده ویژگیهایی همچون سطح صاف، مقاومت بالا در برابر آب، پایداری در برابر ضربه و چاپ بدون بو دارد و به همین دلیل در صنایع غذایی، پزشکی و ساخت قطعات شفاف کاربرد گستردهای دارد. دمای چاپ معمول برای PETG بین 220 تا 250 درجه سانتیگراد است و برای دستیابی به نتیجهی مطلوب، معمولاً بستر چاپ تا حدود 70–90 درجه گرم میشود.
از دیگر مزایای PETG میتوان به قابلیت بازیافت، ظاهر زیبا و مقاومت در برابر عوامل محیطی اشاره کرد. همچنین این ماده برای قطعاتی که باید در معرض آب یا سایش قرار بگیرند، گزینهی بسیار مناسبی است.
پلیکربنات (PC)
پلیکربنات یکی از قدرتمندترین و مهندسیترین مواد مورد استفاده در چاپ سه بعدی است. این ماده از مقاومت مکانیکی بالا، شفافیت نوری خوب و پایداری حرارتی فوقالعادهای برخوردار است و در برابر تغییر شکل تا دمای حدود 150 درجه سانتیگراد مقاومت نشان میدهد.
PC به دلیل استحکام بالا، در صنایع نظامی، هوافضا، اپتیک و طراحی تجهیزات محافظتی مانند شیشههای ضد ضربه و قطعات نوری کاربرد فراوان دارد. یکی از چالشهای استفاده از این ماده، حساسیت آن به رطوبت است؛ چرا که رطوبت جذب شده میتواند کیفیت چاپ را کاهش دهد. به همین دلیل توصیه میشود پلیکربنات در ظروف دربسته و خشک نگهداری شود.
با وجود سختی بالا، پلیکربنات چگالی کمی دارد و این موضوع آن را برای تولید قطعات سبک و مقاوم بسیار ارزشمند میسازد. البته چاپ موفق با PC نیازمند پرینترهایی با قابلیت دمای بالا و سکوی گرم است.
جمعبندی
پلیمرهای معرفیشده، تنها بخشی از دنیای گسترده مواد مورد استفاده در چاپ سهبعدی هستند. بسته به نوع فناوری، هدف تولید، شرایط محیطی و انتظارات عملکردی، پلیمرهای متنوعتری نیز وجود دارند که در صنایع مختلف به کار گرفته میشوند. در این میان، افزودنیهایی مانند مستربچ در پرینتر سه بعدی نقش مهمی در بهینهسازی خواص ظاهری و فنی این پلیمرها دارند؛ از جمله بهبود رنگ، افزایش مقاومت در برابر اشعه UV یا ایجاد خواص خاص مانند آنتیباکتریال بودن. در نتیجه، انتخاب درست پلیمر و مستربچ میتواند کیفیت نهایی قطعات چاپشده را بهطور قابلتوجهی ارتقاء دهد.
