سرزمین دی تی اس
چاپ سه بعدی فناوری فوق العاده ای است که به ما امکان می‌دهد انواع اشیاء را از طراحی های دیجیتال بسازیم. درست مثل داشتن یک کارخانه کوچک در خانه!
با این حال، مواد بسیار متنوعی برای این کار وجود دارند که درک تفاوت ها و کاربرد هایشان می‌تواند کمی دشوار باشد. برای دستیابی به بهترین نتایج، انتخاب ماده مناسب برای پروژه اهمیت زیادی دارد.
در این راهنما، به بررسی رایج ترین موادی که در چاپ سه بعدی استفاده می‌شوند می‌پردازیم و تمرکز بیشتری بر چاپ سه بعدی FDM خواهیم داشت، چون این نوع چاپ سه بعدی بیش از سایر روش ها در دسترس و قابل استفاده برای عموم است.
مواد رایج در چاپ سه بعدی FDM
۱. PLA (پلی‌لاکتیک اسید)
PLA یک پلاستیک زیست تخریب‌پذیر است که از منابع گیاهی ساخته می‌شود، و از این نظر برای محیط زیست مناسب است. کار با آن بسیار آسان است، بوی کمی تولید می‌کند و دقت ابعادی خوبی به همراه سطحی صاف ارائه می‌دهد.
با این حال، انتخاب مناسبی برای قطعاتی که در معرض حرارت قرار می‌گیرند نیست، چرا که در حدود دمای ۵۰ درجه سانتی‌گراد شروع به تغییر شکل می‌دهد. همچنین PLA با گذشت زمان ممکن است شکننده شود.
به طور کلی، PLA یک ماده همه‌کاره است که برای طیف وسیعی از پروژه ها به‌خوبی کار می‌کند. می‌توانید از آن برای نمونه های اولیه، تزئینات، مدل ها، وسایل خانگی و موارد دیگر استفاده کنید.
۲. ABS (آکریلونیتریل بوتادین استایرن)
ABS یک پلاستیک محکم و بادوام است که در برابر سایش و ضربه مقاومت زیادی دارد. از نظر مقاومت حرارتی بهتر از PLA عمل می‌کند، به همین دلیل اغلب برای قطعات خودرو، ابزارها و سایر اشیائی که نیاز به دوام دارند استفاده می‌شود.
عیب آن این است که چاپ آن کمی دشوار است، زیرا تمایل به تاب‌خوردن و جمع‌شدن لبه‌ها دارد. همچنین هنگام چاپ بوی قابل توجهی ایجاد می‌کند، بنابراین حتماً باید از تهویه مناسب استفاده کنید!
۳. PETG (پلی‌اتیلن ترفتالات گلیکول)
PETG ترکیبی بین PLA و ABS است. تقریباً به آسانی PLA چاپ می‌شود اما استحکام و دوام ABS را دارد. PETG گزینه بسیار خوبی برای قطعاتی است که نیاز به استحکام، انعطاف پذیری و مقاومت شیمیایی دارند. اغلب برای بطری های آب، قطعات مکانیکی و ظروف نگهداری مواد غذایی استفاده می‌شود.
۴. TPU (ترموپلاستیک پلی یورتان)
TPU یک ماده انعطاف پذیر و لاستیکی مانند است که می‌تواند بدون شکستن خم شود و کش بیاید. این ویژگی آن را برای ساخت اجسامی که نیاز به انعطاف و دوام دارند، مثل قاب گوشی، بند ساعت و اسباب‌بازی ها بسیار مناسب می‌سازد.
همچنین TPU مقاومت خوبی در برابر مواد شیمیایی دارد و قابل چاپ با اکثر پرینتر های سه بعدی FDM است. تنها نکته این است که در حین چاپ ممکن است دچار رشته رشته شدن (Stringing) شود، بنابراین ممکن است لازم باشد تنظیمات چاپ خود را بهینه کنید.
۵. نایلون (Nylon)
نایلون پلاستیکی بسیار قوی و مقاوم است که توانایی تحمل سایش و فشار مکانیکی را دارد. از این ماده معمولاً برای ساخت قطعاتی مانند چرخ‌دنده‌ها، یاتاقان‌ها و اجزایی که باید هم قوی و هم انعطاف‌پذیر باشند، استفاده می‌شود.
البته چاپ با نایلون می‌تواند چالش برانگیز باشد، زیرا این ماده تمایل زیادی به جذب رطوبت از هوا دارد که می‌تواند منجر به مشکلاتی مانند تاب‌خوردگی (Warping) و چسبندگی ضعیف لایه ها شود. همچنین برای چاپ نیاز به دمای بالایی دارد، بنابراین اطمینان حاصل کنید که پرینتر شما قادر به رسیدن به این دما باشد.
۶. پلی‌کربنات (Polycarbonate – PC)
پلی‌کربنات پلاستیکی بسیار مقاوم و ضربه‌پذیر است که اغلب برای ساخت چراغ‌های جلوی خودرو، عینک های ایمنی و پنجره های ضد گلوله استفاده می‌شود.
در چاپ سه بعدی، از پلی‌کربنات برای قطعاتی استفاده می‌شود که باید بسیار محکم باشند و دمای بالا را تحمل کنند. با این حال، چاپ با پلی‌کربنات بسیار دشوار است، زیرا نیاز به دماهای بسیار بالا و یک محفظه بسته و کنترل شده دارد تا از تاب خوردگی و ترک خوردگی جلوگیری شود.
مواد ویژه برای چاپ سه بعدی FDM
۱. فیلامنت های الیاف کربن (Carbon Fiber Filaments)
فیلامنت های الیاف کربن از ترکیب یک پلاستیک پایه (مانند PLA یا نایلون) با رشته های ریز الیاف کربن ساخته می‌شوند. این ترکیب ماده ای بسیار مقاوم‌تر و سفت‌تر از پلاستیک معمولی ایجاد می‌کند. فیلامنت های الیاف کربن برای چاپ قطعات سبک و مقاوم، مانند اجزای پهپاد ها، ربات ها و سایر کاربرد های پیشرفته با عملکرد بالا، بسیار مناسب هستند.
برای آشنایی با عوامل مؤثر بر ماندگاری و شرایط نگهداری مناسب، مقاله «طول عمر فیلامنت چاپگر سه بعدی چقدر است؟» را مطالعه کنید.
۲. فیلامنت های چوب (Wood Filaments)
فیلامنت های چوب ترکیبی از PLA و الیاف واقعی چوب هستند و امکان چاپ قطعاتی را فراهم می‌کنند که ظاهر و بافتی شبیه به چوب طبیعی دارند. این فیلامنت ها برای ساخت وسایل تزئینی، اسباب‌بازی ها و نمونه های اولیه مبلمان محبوب هستند. با این حال، چاپ با آن‌ها کمی چالش برانگیزتر است، زیرا نیاز به دمای پایین‌تر دارند و ممکن است گاهی باعث گرفتگی نازل شوند.
۳. فیلامنت های فلزی (Metal Filaments)
فیلامنت های فلزی از ترکیب PLA یا ABS با پودرهای فلزی ریز مانند مس، برنز یا فولاد ضدزنگ ساخته می‌شوند. اگرچه با این فیلامنت ها نمی‌توان قطعات فلزی جامد واقعی چاپ کرد، اما می‌توان اشیایی با ظاهر فلزی و وزنی کمی بیشتر از پلاستیک معمولی تولید کرد. این فیلامنت ها معمولاً برای ساخت جواهرات، فیگورها و اکسسوری های کازپلی استفاده می‌شوند. توجه داشته باشید که این فیلامنت ها می‌توانند نازل‌های برنجی معمولی را سریع‌تر فرسوده کنند، بنابراین بهتر است از نازل‌های سخت‌تر مانند فولاد ضدزنگ استفاده کنید.
۴. فیلامنت های رسانا (Conductive Filaments)
فیلامنت های رسانا موادی ویژه هستند که قابلیت هدایت الکتریسیته دارند. این فیلامنت‌ها از ترکیب پلاستیک با ذرات رسانا مانند کربن یا گرافن ساخته می‌شوند. از آن‌ها برای چاپ مدارها، حسگرها و سایر اجزای الکترونیکی استفاده می‌شود. با این حال، هدایت الکتریکی آن‌ها به‌اندازه سیم های فلزی معمولی نیست، بنابراین ممکن است برای همه پروژه‌های الکترونیکی مناسب نباشند.
سایر انواع مواد مورد استفاده در چاپ سه بعدی
۱. رزین (SLA/DLP)
چاپ سه بعدی رزینی از پلاستیک مایع استفاده می‌کند که هنگام قرارگیری در معرض نور فرابنفش (UV) سخت می‌شود. این نوع چاپ برای تولید قطعات با جزئیات بسیار ظریف و سطوح صاف عالی است، مانند جواهرات، مدل های دندان‌پزشکی و فیگور های مینیاتوری. با این حال، قطعات چاپ‌شده با رزین معمولاً نسبت به قطعات چاپ شده با FDM شکننده‌تر هستند و استحکام کمتری دارند.
برای یادگیری اصول و نکات مهم چاپ سه بعدی رزینی، مطلب «چاپ سه بعدی رزینی برای مبتدیان: راهنمای گام به گام شما برای موفقیت» را حتماً مطالعه کنید.
۲. پودر (SLS/SLM)
چاپ سه بعدی مبتنی بر پودر از لیزر برای ذوب یا زینتر کردن لایه های نازک پودر پلاستیک یا فلز استفاده می‌کند. این روش اغلب در کاربرد های صنعتی و مهندسی به کار می‌رود، زیرا امکان ساخت قطعات قوی و پیچیده را بدون نیاز به ساختارهای پشتیبان فراهم می‌سازد. با این حال، چاپ سه بعدی مبتنی بر پودر معمولاً هزینه بیشتری دارد و به سادگی FDM در دسترس نیست.
۳. سرامیک ها (Ceramics)
مواد چاپ سه بعدی سرامیکی برای تولید قطعاتی به کار می‌روند که باید دماهای بسیار بالا را تحمل کنند و در برابر مواد شیمیایی مقاوم باشند. این مواد اغلب در ساخت ایمپلنت های دندان‌پزشکی و پزشکی، قطعات مقاوم در برابر حرارت بالا و مجسمه سازی هنری استفاده می‌شوند. با این وجود، قطعات چاپ‌شده با سرامیک می‌توانند شکننده باشند و معمولاً به مراحل پردازشی اضافی پس از چاپ، مانند پخت در کوره، نیاز دارند.
آینده مواد مورد استفاده در چاپ سه بعدی
۱. مواد سازگار با محیط زیست (Eco-Friendly Materials)
با افزایش آگاهی عمومی نسبت به مسائل زیست محیطی، تقاضا برای مواد چاپ سه بعدی زیست تخریب پذیر و ساخته شده از منابع پایدار رو به رشد است. دانشمندان و شرکت ها در حال توسعه فیلامنت های جدیدی هستند که از موادی مانند جلبک، ضایعات قهوه و منابع گیاهی ساخته می‌شوند.
۲. مواد کامپوزیتی (Composite Materials)
مواد کامپوزیتی از ترکیب چند ماده مختلف ساخته می‌شوند تا ماده ای جدید با خواص بهبود‌یافته ایجاد کنند. در چاپ سه بعدی، این می‌تواند به معنای ترکیب پلاستیک با الیاف کربن، الیاف شیشه یا پودرهای فلزی باشد تا قطعاتی قوی‌تر، سبک‌تر یا مقاوم‌تر در برابر حرارت تولید شوند. این مواد پیشرفته به‌ویژه در صنایع هوافضا، خودروسازی و تجهیزات ورزشی کاربرد دارند.
۳. پلیمر های با عملکرد بالا (High-Performance Polymers)
پلیمر های با عملکرد بالا، پلاستیک های ویژه ای هستند که دارای خواص مکانیکی، حرارتی و شیمیایی بسیار عالی‌اند. برخی از نمونه های معروف شامل PEEK، ULTEM و PEKK هستند. این مواد اغلب در صنایع هوافضا، خودروسازی و پزشکی برای قطعاتی استفاده می‌شوند که باید شرایط بسیار سخت را تحمل کنند. با پیشرفت فناوری چاپ سه بعدی، ممکن است استفاده از این پلیمر های پیشرفته در چاپگر های سه بعدی مصرفی نیز بیشتر شود.
۴. مواد هوشمند (Smart Materials)
مواد هوشمند، که با نام مواد پاسخ‌گو (Responsive Materials) نیز شناخته می‌شوند، یکی از حوزه های هیجان انگیز و نوظهور در چاپ سه بعدی هستند. این مواد می‌توانند در واکنش به عواملی مانند حرارت، نور یا جریان برق، شکل، رنگ یا سایر ویژگی های خود را تغییر دهند. برای مثال، می‌توان شیئی چاپ کرد که هنگام گرم‌شدن تغییر شکل دهد یا یک اکسسوری که در برابر نور خورشید تغییر رنگ دهد. با پیشرفت تحقیقات در این حوزه، احتمالاً شاهد تولید قطعات چاپ‌شده ای خواهیم بود که قادر به تطبیق و تعامل با محیط پیرامون خود هستند.
جمع بندی
همان‌طور که دیدید، طیف وسیعی از مواد مختلف برای چاپ سه بعدی وجود دارد که هرکدام مزایا و محدودیت های خاص خود را دارند. چه یک مبتدی باشید که اولین چاپ سه بعدی خود را تجربه می‌کند، چه یک سازنده حرفه‌ای که روی پروژه های پیشرفته‌تر کار می‌کند، درک ویژگی ها و خواص این مواد برای دستیابی به بهترین نتایج ضروری است.
با ادامه پیشرفت فناوری چاپ سه بعدی، می‌توانیم انتظار ظهور مواد نوآورانه تری را داشته باشیم که مرزهای آنچه می‌توانیم خلق کنیم را گسترش می‌دهند.
پس وارد عمل شوید، آزمایش کنید و دنیای هیجان انگیز چاپ سه بعدی را کشف کنید!
سوالات متداول درباره مواد چاپ سه بعدی
پرکاربرد ترین ماده برای چاپ سه بعدیش چیست؟
PLA پرمصرف ترین ماده چاپ سه بعدی، به ویژه برای مبتدیان است. کار با آن آسان است، زیست تخریب پذیر بوده و در رنگ ها و پرداخت های متنوعی عرضه می‌شود.
بهترین ماده برای کاربرد های با دمای بالا چیست؟
پلی‌کربنات (PC) و PEEK دو مورد از بهترین مواد برای چاپ سه بعدی در دماهای بالا هستند. این مواد می‌توانند دماهای بالاتر از 100 درجه سانتی‌گراد (212 درجه فارنهایت) را بدون تغییر شکل یا از دست دادن استحکام تحمل کنند.
آیا موادی وجود دارند که با فناوری فعلی نتوان آن‌ها را چاپ سه بعدی کرد؟
برخی مواد بسیار دشوار یا عملاً غیرممکن برای چاپ سه‌بعدی با فناوری‌های فعلی هستند. این موارد شامل فلزاتی با نقاط ذوب بسیار بالا مانند تنگستن و آلیاژ های تیتانیوم، همچنین برخی انواع شیشه و پلاستیک های گرماسخت (Thermoset) است که نمی‌توان آن‌ها را ذوب و دوباره جامد کرد.
مجموعه سرزمین دی تی اس با ارائه خدمات تخصصی پرینت سه بعدی رزینی و پروجت ویژه طلا و جواهر، امکان تولید مدل های دقیق، ظریف و باکیفیت را برای طراحان و سازندگان این صنعت فراهم می‌کند.
