چه موادی مناسب پرینت سه بعدی است؟

پرینت سه بعدی امکان ساخت سریع و مقرون به صرفه‌ی قطعات مختلف برای طیف وسیعی از کاربردها را به شما می‌دهد. هریک از انواع پرینتر، قطعاتی با کیفیت‌های متفاوت تولید می‌کنند. ولی انتخاب درست مواد برای پرینتر سه بعدی است که شما را قادر می‌سازد قطعاتی با خواص مکانیکی، ویژگی‌های عملکردی یا ظاهر دلخواه بسازید.
در این راهنمای جامع مواد پرینت سه بعدی، متداول‌ترین مواد پرینت سه بعدی پلاستیکی و فلزی را به شما معرفی می‌کنیم. با مقایسه‌ی خواص و کاربردهای این مواد قادر خواهید بود مناسب‌ترین متریال برای ساخت قطعات خود را انتخاب کنید.

هفت ویژگی مواد مناسب برای پرینت سه بعدی:

سادگی پرینت: پرینت سه بعدی FDM همیشه راحت نیست. چیزهایی مانند حرارت زیاد پرینتر گاهی باعث خراب شدن پرینت می شود و برای پرینت بعضی متریال ها باید اپراتور متخصص روند پرینت را کنترل کند.

کیفیت سطح: لایه لایه بودن پرینت سه بعدی باعث می شود که سطح نهایی کاملا” صیقلی نباشد . همچنین گوشه های تیز با بعضی مواد نرم می شوند.

مقاومت در برابر فشار: بیشترین فشاری که جسم می تواند پیش از شکستن تحمل کند.

بیشینه ی افزایش طول: بیشترین افزایش طولی که جسم پیش از شکستن دارد.

مقاومت در برابر ضربه: انرژی مورد نیاز برای شکستن جسم با یک ضربه ی ناگهانی.

چسبندگی بین لایه‌ها: خاصیت یکپارچگی جسم. به زبان تخصصی تر میزان “ایزوتروپ” بودن ماده.

مقاومت حرارتی: بیشترین دمایی که جسم پیش از تغییر شکل یا ذوب شدن تحمل می کند.

مواد و فرآیندهای پرینت سه بعدی پلاستیکی

ده‌ها ماده پلاستیکی برای پرینترهای سه بعدی وجود دارد که هر کدام دارای ویژگی‌های منحصر به فردی هستند. قبل از معرفی مواد پلاستیکی پرینتر ۳ بعدی، انواع پلاستیک‌ها و فرآیندهای چاپ سه بعدی را بررسی می‌کنیم.

انواع مواد پلاستیکی

 

پلاستیک‌ها را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد:

ترموپلاستیک رایج ترین نوع پلاستیک است. ویژگی اصلی که ترموپلاستیک‌ها را از ترموست‌ها متمایز می‌کند، توانایی آنها در طی چرخه‌های متعدد ذوب و انجماد است. ترموپلاستیک‌ها را می‌توان گرم کرد و به شکل دلخواه درآورد. از آنجایی که هیچ پیوند شیمیایی طی گرم کردن این مواد اتفاق نمی‌افتد، ذوب کردن و استفاده‌ی مجدد از ترموپلاستیک‌ها امکان پذیر است.

ترموست پس از عمل‌آوری، در حالت جامد دائمی باقی می‌ماند. پلیمرهای تشکیل دهنده‌ی مواد ترموست در طول فرایند عمل‌آوری که توسط گرما، نور یا تشعشع ایجاد می‌شود، به هم متصل می‌شوند. ترموست‌ها هنگام گرم شدن، تجزیه می‌شوند و دیگر به حالت اولیه بازنمی‌گردند.

 

پرینترهای سه بعدی پلاستیکی

 

متداول‌ترین پرینترهای سه بعدی پلاستیکی عبارت‌انداز:

مدلسازی با رسوب مواد ذوب شده (FDM)
پرینتر FDM، رشته‌های ترموپلاستیک را ذوب و اکسترود می‌کند. با رسوب‌گذاری لایه‌ به لایه‌ی نازل پرینتر در ناحیه‌ی موردنظر، قطعه ساخته‌ می‌شود.

استریولیتوگرافی (SLA)
پرینتر‌ SLA، از لیزر برای تبدیل رزین‌های مایع ترموست به پلاستیک سخت شده در فرآیندی به نام فوتوپلیمریزاسیون استفاده می‌کند.

تف جوشی لیزری انتخابی (SLS)
پرینتر SLS، از یک لیزر پرقدرت برای همجوشی ذرات کوچک پودر ترموپلاستیک استفاده می‌کند.

 

متداول‌ترین مواد برای پرینتر سه بعدی FDM

رایج ترین مواد پرینتر سه بعدی FDM شامل ABS، PLA و ترکیبات مختلف آنها می‌شود. پرینترهای پیشرفته‌تر FDM می‌توانند با مواد تخصصی متنوع‌تری که ویژگی‌هایی مانند استحکام و مقاومت در برابر حرارت، ضربه و مواد شیمیایی دارند، قطعات شما را تولید کنند.
در جدول زیر رایج‌ترین مواد برای این دسته از پرینترها را مشاهده می‌کنید.

 

مواد پلاستیکی پرینت سه بعدی	ویژگی‌ها	کاربردها
ABS (acrylonitrile butadiene styrene)	سخت و بادوام مقاوم در برابر حرارت و ضربه به تهویه نیاز دارد	نمونه اولیه
PLA (polylactic acid)	ساده‌ترین مواد FDM سخت و محکم ولی شکننده در برابر گرما و مواد شیمیایی مقاومت کمتری دارد زیست تخریب پذیر بی بو	ساخت مدل مفهومی ساخت نمونه اولیه
PETG (polyethylene terephthalate glycol)	سازگار با دمای پایین‌تر برای تولید سریعتر مقاوم در برابر رطوبت و مواد شیمیایی شفافیت بالا	کاربری‌های ضد آب تولید اجزای چفت و بست
Nylon	محکم، بادوام و سبک وزن سخت و تا حدی انعطاف پذیر مقاوم در برابر حرارت و ضربه بسیار پیچیده برای پرینتر FDM	نمونه اولیه قطعات مقاوم در برابر سایش
TPU (thermoplastic polyurethane)	انعطاف پذیر و با قابلیت کشسانی مقاوم در برابر ضربه میرایی عالی در ارتعاشات	نمونه‌های اولیه انعطاف پذیر
PVA (polyvinyl alcohol)	ماده پشتیبان حل شونده در آب	ماده پشتیبان (ساپورت)
HIPS (high impact polystyrene)	ماده پشتیبان حل شونده که بیشتر با ABS استفاده می‌شود در ماده شیمیایی لیمونن حل می‌شود	ماده پشتیبان (ساپورت)
Composites (carbon fiber, kevlar, fiberglass)	سفت، محکم و بسیار سخت است سازگاری محدود با برخی پرینترهای FDM دارد	نمونه‌های اولیه ساخت جیگ و فیکسچر و ابزار

 

متداول‌ترین مواد پرینت سه بعدی SLA

 

پرینت سه بعدی SLA کاربری بسیار متنوعی دارد. در این نوع پرینتر، رزین‌هایی استفاده می‌شود که می‌تواند طیف وسیعی از ویژگی‌های ظاهری، مکانیکی و حرارتی را برای انواع کاربردهای استاندارد، مهندسی و صنعتی ارائه دهد.

مواد پلاستیکی پرینت سه بعدی	ویژگی‌ها	کاربردها
Standard Resins	کیفیت بالا سطح صاف و مات	ساخت مدل مفهومی و نمونه اولیه
Clear Resin	تنها ماده کاملاً شفاف برای پرینت سه بعدی پلاستیکی	قطعاتی که به شفافیت نیاز دارند
Draft Resin	یکی از سریع‌ترین مواد برای پرینت سه بعدی ۴ برابر سریعتر از رزین های استاندارد ، تا 10 برابر سریعتر از FDM	نمونه اولیه تولید سریع
Tough and Durable Resins	مستحکم و داینامیک می‌تواند فشار، کشش، خم شدگی و ضربه را بدون شکستگی تحمل کند مواد مختلفی با ویژگی‌های مشابه ABS یا PP وجود دارد	جیگ و فیکسچر اتصالات نمونه اولیه
Rigid Resins	موادی بسیار توپر، محکم و مقاوم در برابر خمیدگی مقاوم در برابر حرارت و مواد شیمیایی تحت بار مکانیکی، از نظر ابعادی پایدار است	ساخت جیگ و فیکسچر و ابزار پره‌های توربین و فن محفظه‌های الکتریکی و بدنه خودرو
Polyurethane Resins	دوام بلند مدت تحت اشعه ماوراء بنفش، دماهای مختلف و رطوبت پایدار است ضد اشتعال، استریل پذیر و مقاوم در برابر مواد شیمیایی و سایش	ساخت اجزای خودرو، هواپیما و ماشین آلات با کارایی بالا قطعات مستحکم برای استفاده نهایی نمونه های مستحکم با طول عمر زیاد
High Temp Resin	مقاومت در برابر دمای بالا دقت بالا	جریان هوا، گاز و سیال داغ محفظه و وسایل مقاوم در برابر حرارت قالب و درج
Flexible and Elastic Resins	انعطاف پذیری لاستیک، پلی اورتان یا سیلیکون می‌تواند در برابر خمیدگی و فشرده سازی مقاومت کند	نمونه سازی کالاهای مصرفی قطعات مورد نیاز برای رباتیک تجهیزات پزشکی و مدل‌های آناتومی
Medical and dental resins	طیف گسترده ای از رزین‌های زیست سازگار برای تولید لوازم پزشکی و دندانپزشکی	وسایل پزشکی و دندانپزشکی، از جمله گاید جراحی و پروتز
Jewelry resins	مواد برای ریخته گری دقیق و قالب گیری ولکانیزه‌ ریخته گری آسان، با جزئیات پیچیده و حفظ شکل	ساخت قطعات آزمایشی قالب‌های قابل استفاده مجدد جواهرات سفارشی
ESD Resin	مواد آنتی استاتیک برای بهبود فرایند تولید تجهیزات الکترونیکی با روش پرینت سه بعدی	ابزارها و فیکسچرهای ساخت تجهیزات الکترونیکی نمونه‌های آنتی استاتیک
Ceramic Resin	برای ایجاد سطحی شبیه به سنگ می‌تواند برای ایجاد یک قطعه کاملاً سرامیکی استفاده شود	قطعات هنری

 

متداول‌ترین مواد برای پرینت سه بعدی SLS

 

انتخاب مواد مناسب برای SLS در مقایسه با FDM و SLA محدودتر است. اما مواد موجود دارای ویژگی‌های مکانیکی فوق‌العاده‌ای هستند به طوری که استحکامی شبیه به قطعات قالب‌گیری تزریقی دارند.

 

مواد پلاستیکی پرینت سه بعدی	ویژگی‌ها	کاربردها
Nylon 12	محکم و بادوام در برابر ضربه مقاوم است و می‌تواند سایش مکرر را تحمل کند مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش، نور، حرارت، رطوبت و حلالها	نمونه سازی قطعات نهایی تجهیزات پزشکی
Nylon 11	خواص مشابه نایلون 12، با این تفاوت که قابلیت کشسانی، ازدیاد طول تا پارگی و مقاومت در برابر ضربه‌ی آن بیشتر است ولی سفتی کمتری دارد	نمونه سازی قطعات نهایی تجهیزات پزشکی
TPU (thermoplastic polyurethane)	انعطاف پذیر و الاستیک قابلیت تغییر شکل ارتجاعی پایداری زیاد در برابر اشعه ماوراءبنفش جذب شوک عالی	نمونه سازی قطعات پلاستیکی با خاصیت ارتجاعی تجهیزات پزشکی
Nylon composites	مواد نایلونی تقویت شده با شیشه، آلومینیوم یا فیبر کربن برای استحکام بیشتر	نمونه سازی قطعات نهایی

 

مقایسه انواع پرینت سه بعدی پلاستیکی

 

هریک از مواد و فرآیندهای مختلف پرینت سه بعدی نقاط ضعف و قوت خاص خود را دارند. در جدول زیر مزایا و معایب این متریال را مشاهده می‌کند.

 

	FDM	SLA	SLS
مزایا	دستگاه‌‌‌ها و مواد کم هزینه	دقت بالا سطح صاف و یکدست کاربردهای متنوع	امکان پرینت انواع طرح‌ها عدم نیاز به پشتیبان و ساپورت
معایب	دقت کم جزئیات کم سازگاری محدود با طرح‌های مختلف در صورت نیاز به دقت و مواد با کارایی بالا، به ماشینهای صنعتی گران قیمت نیاز است	حساس به قرار گرفتن طولانی مدت در معرض امواج UV	تجهیزات گران قیمت گزینه‌های محدود برای انتخاب مواد

 

مواد مناسب برای پرینت سه بعدی فلزی

 

پلاستیک‌ها تنها موادی نیستند که می‌توان از آنها در دستگاه‌های چاپ سه بعدی استفاده کرد. فلزات یکی دیگر از مواد متداول برای ساخت با این پرینترهای مدرن است.

FDM فلزی

 

عملکرد پرینترهای FDM فلزی مشابه پرینترهای FDM پلاستیک است، با این تفاوت که از میله‌های فلزی اکسترودی استفاده می‌کنند که توسط بایندرهای پلیمری به هم متصل شده‌اند. برای تولید قطعه با روش FDM به دلیل نیاز به ساختار ساپورت، محدودیت طراحی وجود دارد که باید مدنظر داشته باشید. ولی این روش یکی از ارزانترین روش‌های ساخت قطعات فلزی به شمار می‌رود.

 

ذوب لیزری انتخابی (SLM) و تف جوشی لیزری مستقیم فلزات (DMLS)

 

پرینترهای SLM و DMLS مشابه پرینترهای SLS کار می‌کنند، با این تفاوت که به جای ذوب پودرهای پلیمری، ذرات پودر فلز را لایه به لایه با استفاده از لیزر به هم جوش می‌دهد. پرینترهای SLM و DMLS می‌توانند محصولات فلزی مستحکم، دقیق و پیچیده را بسازند. به همین دلیل این فرآیند برای کاربردهای هوافضا، خودرو و پزشکی بسیار مناسب است.

 

متداول‌ترین مواد پرینت سه بعدی فلزی

 

مواد فلزی پرینت سه بعدی	ویژگی‌ها	کاربردها
تیتانیوم	سبک وزن ویژگی های مکانیکی خوب مستحکم و سخت  مقاومت بسیار خوب در برابر حرارت، اکسیداسیون و مواد اسیدی	–
فولاد ضد زنگ	چکش‌خواری و استحکام بالا مقاوم در برابر خوردگی	–
آلومینیوم	سبک وزن بادوام مستحکم  دارای ویژگی‌های حرارتی خوب	–
فولاد ابزار	یک ماده‌ی سخت و مقاوم در برابر خراش	ساخت ابزارها  قطعات با استحکام بالا
آلیاژهای نیکل	استحکام کششی، خزشی و گسیختگی بالایی دارند مقاوم در برابر حرارت و خوردگی	–

 

سخن پایانی

 

بسیاری از مردم معتقدند که ماشینکاری CNC مثل لیزر و فرز، بهترین گزینه برای ساخت قطعات مورد نظرشان هستند. ولی پرینت سه بعدی، ساخت قطعات با طرح‌ها و جزئیات پیچیده را بسیار راحت و در برخی موارد ارزان کرده است. چاپگر سه بعدی از طیف گسترده‌ای از مواد استفاده می‌کند که هریک ویژگی‌های مکانیکی و ظاهری متفاوتی دارند. در این مقاله متداول‌ترین مواد برای پرینت سه بعدی را معرفی کردیم، ویژگی‌های هریک را برشمردیم.

با این حال اگر هنوز به انتخاب دقیق متریال مورد نظرتان نرسیده‌ای، کارشناسان ما در فبری‌نکست آماده‌ی راهنمایی بیشتر شما هستند. همین الان سوالاتتان را کامنت کنید یا با ما تماس بگیرید.