پرینت سه بعدی چیست؟ راهنمای جامع انواع روشهای پرینت سه بعدی – قسمت دوم
پرینت سه بعدی چیست؟
راهنمای جامع انواع روشهای پرینت سه بعدی – قسمت دوم
مواد اولیه مورد استفاده در پرینت سه بعدی
همانطور که در قسمت قبلی این مقاله بیان شد، فرآیند پرینت سه بعدی یکی از فناوری های نوینی است که به وسیله آن میتوان اشیای سه بعدی را با استفاده از مواد و متریال های گوناگون تولید نمود. این مواد میتوانند از جنسهای مختلفی مانند پلاستیک، فلز، سرامیک و حتی مواد غذایی باشند. در این بخش، به بررسی موادی که در فرآیندهای پرینت سه بعدی استفاده میشوند، خواهیم پرداخت.
مواد اولیه مورد استفاده در پرینت سه بعدی
پلاستیک ها
پلاستیک یکی از مواد متداولی است که در پرینت سه بعدی استفاده میشود. انواع مختلفی از پلاستیکها برای این منظور وجود دارد؛ از جمله PLA، PC و ABS که هر کدام ویژگیها و کاربردهای خاص خود را دارند.
PLA
PLA (پلی لاکتیک اسید) یکی از مواد اولیه شناخته شده و پر کاربرد در فرآیندهای پرینت سه بعدی است. این ماده به صورت طبیعی از منابع تجدیدپذیری چون کاهو و ذرت استخراج میشود. PLA یک پلیمر بیولوژیکی است که در حالت خام دارای رنگ شفاف است.
کاربرد PLA در پرینت سه بعدی
کاربردها PLA
مهمترین کاربردهای PLA در صنعت پرینت سه بعدی عبارتند از:
پروتوتایپسازی
PLA به عنوان یک ماده قوی و انعطافپذیر، برای ساخت سریع پروتوتایپهای دقیق استفاده میشود. این ویژگی سبب میگردد که طراحان و مهندسان بتوانند طرحها و محصولات خود را قبل از تولید نهایی به راحتی ارزیابی نمایند.
صنعت مواد غذایی
PLA به دلیل خواص بیخطر و ضد عفونی کنندهاش، به طور گسترده در صنایع غذایی استفاده میشود. این ماده میتواند در تولید بستهبندیهای این گونه مواد و همچنین ساخت لوازم آشپزخانه مورد استفاده قرار گیرد.
صنعت پزشکی
PLA در صنایع مرتبط با پزشکی نیز کاربردهای زیادی دارد. این ماده میتواند در تولید قطعات پزشکی مانند پروتزها، ابزارهای جراحی و کاربردهای دیگر در این حوزه استفاده شود.
مزایای PLA
استفاده از PLA در فرآیندهای پرینت سه بعدی دارای مزایای زیادی است که در ادامه به برخی از این موارد اشاره خواهیم کرد:
قابلیت تجزیهپذیری
PLA یکی از مواد قابل تجزیه و زیست تخریب پذیر است. قابلیت تجزیه و تفکیک این ماده پس از استفاده از آن سبب میشود که به راحتی بتواند بازیافت شده و به زمین برگردانده شود. این ویژگی باعث کاهش آلودگی محیط زیست و استفاده پایدار از منابع طبیعی می گردد.
ساختار قوی و انعطافپذیر
PLA به دلیل ساختار قوی و انعطافپذیر، برای پرینت قطعات پیچیده و دقیق بسیار مناسب است. این ماده توانایی تحمل فشار و تغییر شکل را دارا بوده و به طور گسترده به عنوان یک جایگزین مناسب برای مواد مصنوعی سنتی مورد استفاده قرار میگیرد.
رنگ پذیری خوب
PLA قابلیت رنگ آمیزی خوبی دارد. به طوری که با استفاده از رنگهای مناسب، میتوان زیبایی و جذابیت طرحها و محصولات پرینت شده را تا حد قابل قبولی ارتقا داد. این ویژگی به عنوان یک مزیت در صنعت طراحی و تولید محصولات سفارشی به شدت مورد پسند کاربران قرار گرفته است.
معایب PLA
حساسیت به دما
PLA حساسیت زیادی نسبت به دما دارد. در دماهای بالا، قطعات پرینت شده از جنس PLA ممکن است شروع به نرم شدن و تغییر شکل کنند. این امر باعث میشود که چنین مادهای در برخی کاربردها محدودیت داشته باشد.
ضعف نسبی در مقابل ضربه
قدرت مقاومت PLA در برابر ضربه کمتر از برخی مواد دیگر است. بنابراین، در صورت نیاز به قطعاتی با مقاومت به ضربه بالا، ممکن است PLA گزینه مناسبی نباشد.
PC
PC یا پلیکربنات، نوعی پلاستیک است که در فرآیندهای پرینت سه بعدی به عنوان یکی از مواد اولیه مورد استفاده قرار میگیرد. این ماده با خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردی که دارد، برای تولید قطعات سه بعدی دارای جزئیات دقیق گزینه مناسبی محسوب می شود.
کاربرد PC در پرینت سه بعدی
کاربردها
PC به عنوان یکی از مواد اولیه متداول در فرآیندهای پرینت سه بعدی در بسیاری از صنایع و مشاغل به طور وسیع استفاده میشود. برخی از کاربردهای این ماده عبارتند از:
- تولید قطعات خودرو: PC به دلیل مقاومت بالا در برابر ضربه و حرارت، به شدت در تولید قطعات خودرو مورد استفاده قرار میگیرد.
- تولید عینک: شفافیت بالای پلی لاکتیک اسید، سبب شده که در صنعت عینکسازی نیز از این ماده استفاده شود.
- تولید قطعات الکترونیکی: PC به دلیل مقاومت مناسب در برابر حرارت و خواص الکتریکی، گزینه مطلوبی برای تولید قطعات الکترونیکی محسوب میشود.
- تولید قطعات صنعتی: مقاومت فیزیکی بالا و قابلیت پرینت اشکال پیچیده، PC را به یک ماده مناسب جهت تولید قطعات حساس صنعتی تبدیل نموده است.
مزایای PC
استفاده از PC در فرآیندهای پرینت سه بعدی دارای مزایای بسیاری است؛ از جمله:
مقاومت فیزیکی
PC دارای مقاومت بالا در برابر ضربه و شکستگی است. این ویژگی باعث میشود که قطعات پرینت شده از جنس این ماده، دوام و مقاومت بسیار بیشتری نسبت به اغلب مواد داشته باشند.
شفافیت
PC دارای شفافیت بالایی است؛ به طوری که به کمک این ماده، به راحتی امکان پرینت اشیاء شفاف از طریق فرآیندهای پرینت سه بعدی وجود دارد. این ویژگی مخصوصا در صنایعی مانند عینکسازی و تولید قطعات تجهیزات نورپردازی بسیار مفید و کاربردی است.
مقاومت در برابر حرارت
PC دارای مقاومت بالا در برابر حرارت و گرما بوده و میتواند در دماهای بالا به خوبی عمل کند. این ویژگی سبب میشود که قطعات پرینت شده از این ماده مانند انواع قطعات مورد استفاده در صنایع خودروسازی و یا سایر قطعات صنعتی، بتوانند در برابر دماهای بالا مقاومت کنند.
قابلیت پرینت جزئیات دقیق
PC قابلیت پرینت قطعاتی با جزئیات بالا و پیچیده را داراست. این ویژگی مهم به مصرف کنندگان این ماده اجازه میدهد تا قطعاتی با ساختارهای دقیق و پیچیده را با استفاده از فرآیندهای پرینت سه بعدی تولید نمایند.
معایب PC
استفاده از PC در فرآیندهای پرینت سه بعدی با چالشهایی نیز همراه است که مهمترین آنها عبارتند از:
حساسیت به نور
PC در مقایسه با اغلب متریال ها، حساسیت بیشتری نسبت به نور داشته و حتی ممکن است در صورت تماس با نور مستقیم، زنگ زده یا تغییر شکل دهد. بنابراین، در فرآیند پرینت سه بعدی با استفاده از این ماده، باید از منابع نوری مناسب استفاده شود.
هزینه بالا
پلی لاکتیک اسید یکی از مواد گران قیمت موجود در بازار است. استفاده از این ماده در فرآیندهای پرینت سه بعدی میتواند هزینه تولید را افزایش داده و برای برخی کاربران محدودیت های مالی به وجود آورد.
ABS
ABS یا Acrylonitrile Butadiene Styrene، یکی از مواد اولیه محبوب در فرآیندهای پرینت سه بعدی است. این متریال از ترکیب سه ماده به نامهای آکریلونیتریل، بوتادیین و استایرن تشکیل شده و جزء مواد ترموپلاستیکی است که با استفاده از حرارت قابل شکلدهی و تغییر شکل میباشد. ABS دارای خصوصیات فیزیکی و مکانیکی مناسبی بوده که آن را به گزینهای عالی برای به کارگیری در اجرای فرآیندهای پرینت سه بعدی تبدیل نموده است.
کاربرد ABS در پرینت سه بعدی
کاربردهای ABS
ABS به دلیل خصوصیات فیزیکی و مکانیکی برجستهای که دارد، به طور گسترده در صنایع مرتبط با پرینت سه بعدی مورد استفاده قرار میگیرد. برخی از کاربردهای این ماده عبارتند از:
- تولید لوازم خانگی: ABS به خاطر استحکام سطح و مقاومت در برابر خراشیدگی، در تولید لوازم خانگی مانند ماشین لباسشویی، یخچال و تلویزیون استفاده میشود.
- تولید قطعات خودرو: ABS به دلیل مقاومت بالا در برابر ضربه و تنش، به عنوان یک ماده مناسب جهت تولید قطعات خودرو مورد استفاده قرار میگیرد. معمولا قطعاتی مانند سپرها، داشبوردها و برخی قطعات داخلی خودروها از جنس ABS ساخته میشوند.
- صنایع الکترونیک: ABS با توجه به مقاومت حرارتی بالا و قابلیت پوششدهی مناسب، در صنعت الکترونیک برای تولید قطعاتی مانند کیسهای دستگاههای الکترونیکی و بدنههای دستگاههای خانگی استفاده میشود.
- تولید اسباب بازی و لوازم سرگرمی: ABS به دلیل استحکام مکانیکی فوقالعاده و همچنین قابلیت پرینت با سرعت بالا، در صنعت تولید اسباب بازی به شدت مورد اقبال تولیدکنندگان قرار گرفته است.
مزایای ABS
استفاده از ABS در فرآیندهای پرینت سه بعدی دارای مزایای فراوانی است که برخی از آنها عبارتند از:
مقاومت مکانیکی بالا
ABS دارای مقاومت بالایی در برابر ضربه و تنش میباشد. این ویژگی سبب شده که قطعات چاپ شده از جنس این متریال، در مقابل ضربهها و فشارهای خارجی به خوبی مقاومت کنند.
استحکام سطح
سطح قطعات چاپ شده از جنس ABS به دلیل صافی و استحکام بالا، در برابر خراشیدگی و سایش بسیار مقاوم است. بر همین اساس، این ماده قابلیت پوششدهی متریالهای مختلف دیگر را نیز دارد.
قابلیت پرینت با سرعت بالا
ABS به دلیل خواص مکانیکی خود، قابلیت پرینت با سرعت بالا را داراست. این ویژگی موجب افزایش کارایی، کاهش زمان مورد نیاز و در نهایت، بهبود راندمان فرآیند تولید میشود.
مقاومت حرارتی
Acrylonitrile Butadiene Styrene دارای مقاومت حرارتی بالایی بوده و میتواند در دماهای تا 90-80 درجه سانتیگراد نیز استفاده شود. لذا برای کاربردهای مختلف در صنایع گوناگون گزینه مناسبی محسوب به شمار می آید.
قابلیت اتصال و چسباندن
ABS قابلیت اتصال به کمک چسبهای خاص را داراست. این ویژگی به کاربران اجازه میدهد تا قطعات را با یکدیگر ترکیب نموده و سازههای پیچیدهتر را به راحتی و با هزینه معقولتری تولید نمایند.
معایب ABS
هر چند ABS دارای مزایای فراوانی است، اما نکات زیر نیز به عنوان چالشهای استفاده از آن قابل ذکر است:
حساسیت به UV
ABS در برابر نور خورشید و اشعه فرابنفش حساس بوده و ممکن است تحت تاثیر آنها تغییر رنگ یا تغییر شکل دهد. برای جلوگیری از این مشکل، میتوان از انواع روشهای پوششدهی و رنگآمیزی مناسب استفاده نمود.
بوی نامطبوع
Acrylonitrile Butadiene Styrene در حین اجرای فرآیند چاپ ممکن است بوی نامطبوعی تولید کند که برای برخی افراد ناخوشایند باشد. برای رفع این مسئله، میتوان از فیلتراسیون هوا و همچنین اجرای عملیات پرینت در فضای مناسب استفاده کرد.
انقباض
ABS به دلیل خصوصیات حرارتی خود، ممکن است در طول فرآیند چاپ، دچار انقباض شود. این انقباض میتواند منجر به تغییر ابعاد قطعه چاپ شده و در نتیجه کاهش دقت محصول را به همراه داشته باشد. برای رفع این مشکل، میتوان از برخی روشهای مهندسی مانند استفاده از پلتفرم چاپ گرم، بهرهگیری از ساپورترها و همچنین استفاده از الگوریتمهای خاص در نرمافزارهای پرینت سه بعدی کمک گرفت.
فلزات
فلزات نیز میتوانند به عنوان مواد اولیه در پرینت سه بعدی استفاده شوند. با استفاده از تکنولوژیهای پرینت سه بعدی فلزی، میتوان قطعات فلزی با دقت بالا و خواص مکانیکی مناسب تولید کرد. برخی از فلزات پرکاربرد در این فرآیند عبارتند از: آلومینیوم، فولاد، تیتانیوم و نیکل.
آلومینیوم
آلومینیوم یک فلز سبک با خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد است. این فلز دارای وزن پایین، خواص حرارتی بالا، خاصیت ضد زنگ بودن و همچنین قابلیت انعطافپذیری خوبی میباشد. از آلومینیوم به عنوان یکی از مواد اولیه مورد استفاده در صنایع مختلف یاد میشود.
کاربرد آلومینیوم در پرینت سه بعدی
کاربردهای آلومینیوم
امروزه آلومینیوم در بسیاری از صنایع مرتبط با فرآیندهای پرینت سه بعدی به صورت فوقالعاده گستردهای مورد استفاده قرار میگیرد. برخی از کاربردهای آلومینیوم در این حوزه عبارتند از:
- ساخت قطعات خودرویی: آلومینیوم به دلیل وزن سبک و خواص مکانیکی مناسب، برای ساخت قطعات خودرویی مانند بدنه و بعضی از قطعات موتور استفاده میشود.
- صنعت هوافضا: در صنعت هوافضا نیز آلومینیوم در تولید قطعاتی مانند بدنه هواپیماها و سیستمهای فضانوردی کاربرد دارد.
- صنعت الکترونیک: آلومینیوم به دلیل خواص حرارتی و الکتریکی مناسب، برای ساخت قطعات الکترونیکی مانند رادیاتورها و کیسهای کامپیوتر استفاده میشود.
مزایای آلومینیوم
استفاده از آلومینیوم در فرآیندهای پرینت سه بعدی دارای مزایای ویژهای است که عبارتند از:
وزن سبک
آلومینیوم یکی از فلزات سبکی است که میتوان از آن برای ساخت قطعات با وزن کم بهره برد. این ویژگی به شدت در فرآیندهای پرینت سه بعدی مورد توجه قرار گرفته؛ زیرا قطعات ساخته شده از آلومینیوم به دلیل وزن کمتر، برای استفاده در برخی صنایع مانند خودروسازی یا هوافضا بسیار مناسب هستند.
خواص حرارتی بالا
آلومینیوم دارای خواص حرارتی بالایی است؛ به این معنا که میتواند در دماهای بالا و پایین همچنان قابل استفاده باشد. این ویژگی مهم، کاربرد آلومینیوم در فرآیندهای پرینت سه بعدی را به شدت تحت تاثیر قرار میدهد؛ زیرا این فلز میتواند در شرایط دمایی مختلف به خوبی عمل نموده و نیاز مصرفکننده را برآورده سازد.
خاصیت ضد زنگ
یکی دیگر از مزایای استفاده از آلومینیوم در فرآیندهای پرینت سه بعدی، خاصیت ضد زنگ بودن آن است. آلومینیوم به خوبی در برابر اکسیداسیون و خوردگی مقاومت نشان میدهد؛ بنابراین قطعات ساخته شده از جنس این فلز میتوانند در معرض آب، رطوبت و مواد شیمیایی قرار گرفته و دوام خوبی نیز داشته باشند.
معایب آلومینیوم
هر چند که آلومینیوم دارای مزایا و کاربردهای بسیاری است، اما نکات مهمی نیز در رابطه با این فلز وجود دارند که حتما باید در نظر گرفته شوند. برخی از معایب استفاده از آلومینیوم در فرآیندهای پرینت سه بعدی عبارتند از:
قیمت نسبتا بالا
آلومینیوم به دلیل ویژگیهای منحصر به فردی که دارد، نسبت به برخی متریالهای دیگر گرانتر است. استفاده از آلومینیوم در فرآیندهای پرینت سه بعدی ممکن است هزینه تولید را افزایش دهد و بر همین اساس، احتمالا بعضی از تولیدکنندگان به دنبال جایگزینی آن با مواد ارزانتر باشند.
انقباض حرارتی
آلومینیوم دارای ضریب انقباض حرارتی بالایی است؛ به این معنی که در صورت تغییر دما، قطعات ساخته شده از جنس این متریال ممکن است انقباض و تغییر شکل داشته باشند. احتمال دارد این مشکل در برخی فرآیندهای پرینت سه بعدی مورد توجه قرار گرفته و نیاز به ارائه راه حلهای مناسب داشته باشد.
فولاد
فولاد، یکی دیگر از مواد اولیه مهمی است که در صنعت و ساختمانسازی استفاده میشود. این ماده از ترکیب آهن و کربن تشکیل شده و به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد خود، یکی از محبوبترین مواد پرینت سه بعدی در زمینه های مرتبط با ساختمان است.
کاربرد فولاد در پرینت سه بعدی
کاربردهای فولاد
استفاده از فولاد در فرآیندهای پرینت سه بعدی در صنایع گوناگونی چون موارد زیر امکانپذیر است:
- صنعت خودروسازی: فولاد به دلیل استحکام بالا و مقاومت در برابر ضربه، به شدت در تولید قطعات خودرو کاربرد دارد. با استفاده از فرآیندهای پرینت سه بعدی، میتوان قطعات خودرو را با دقت و کارایی بالایی تولید کرد.
- صنعت هوافضا: امروزه استفاده از فولاد در تولید قطعات مرتبط با صنایع هوافضا از اهمیت بالایی برخوردار است. استحکام و مقاومت بالای فولاد باعث شده که این قطعات در مقابل شرایط سخت و خطراتی که در فضا وجود دارد، مقاومت قابل قبولی داشته باشند.
- صنایع ساختمانی: فولاد به عنوان یکی از مواد ساختمانی محبوب و پرکاربرد شناخته میشود. با استفاده از فرآیندهای پرینت سه بعدی، میتوان قطعات ساختمانی دارای طرحهای پیچیده را نیز با دقت فوقالعاده بالایی تولید نمود.
مزایای فولاد
استفاده از فولاد در فرآیندهای پرینت سه بعدی دارای مزایای ویژهای است که به عنوان برخی از این مزایا میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- استحکام بالا
فولاد دارای استحکام بسیار بالایی است که سبب میشود قطعات چاپ شده با استفاده از این ماده از مقاومت فوقالعادهای برخوردار باشند. این ویژگی در صنایعی مانند خودروسازی، هوافضا و صنایع ساختمانی از اهمیت بالایی برخوردار است.
- انعطافپذیری
فولاد انعطافپذیری مناسبی دارد که به آن این امکان را میدهد تا در فرآیندهای پرینت سه بعدی به راحتی شکلپذیری داشته باشد. این ویژگی باعث میشود که بتوان قطعات دارای طرحهای پیچیده هندسی را نیز به راحتی تولید کرد.
- قابلیت بازیافت
فولاد قابلیت بازیافت داشته و میتوان آن را به صورت چرخهای استفاده نمود. این ویژگی سبب کاهش مصرف منابع طبیعی و حفظ محیط زیست میشود.
- مقاومت در برابر خوردگی
فولاد در برابر خوردگی بسیار مقاوم است. این خاصیت باعث میشود که قطعات چاپ شده با استفاده از این ماده در مقابل عوامل زیستی و شرایط آب و هوایی نامتعادل مقاومت بیشتری داشته باشند.
معایب فولاد
استفاده از فولاد در فرآیندهای پرینت سه بعدی دارای برخی معایب نیز هست که به عنوان مثال میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- وزن نسبتا بالا
فولاد به دلیل وزن نسبتا بالای خود، میتواند باعث افزایش وزن نهایی قطعه چاپ شده شود. این مسئله در برخی موارد میتواند سبب کاهش سرعت پرینت و مشکلات دیگری در فرآیند تولید گردد.
- هزینه نسبتا بالا
این آلیاژ به دلیل مواد اولیه گرانقیمتی که برای تولید نیاز دارد، تا حدودی گران خواهد بود. لذا همین امر میتواند باعث افزایش هزینه تمام شده قطعات پرینت سه بعدی شود.