انواع فیلامنت‌ها برای چاپ سه‌بعدی محلول

چاپ سه‌بعدی FDM یک فناوری تولیدی است که به ما امکان می‌دهد قطعاتی با هندسه‌های پیچیده ایجاد کنیم، که معمولاً با روش‌های سنتی غیرممکن است. با این حال، هنگام استفاده از این فناوری، هر لایه از قطعه به یک سطح ساپورت نیاز دارد، چه روی ساختار خود قطعه و چه روی یک ساختار ساپورت اضافه.

در چاپگرهای تک‌اکسترودر، شما محدود به استفاده از جنس اصلی قطعه چاپ‌شده برای ساخت ساختار ساپورت هستید. این موضوع در چاپگرهای دو‌اکسترودر صدق نمی‌کند، زیرا می‌توان از فیلامنت‌های محلول برای ایجاد این ساختارها استفاده کرد.

انواع فیلامنت‌ها برای چاپ سه‌بعدی محلول

1. فیلامنت‌های محلول در آب چاپگر سه‌بعدی

این مواد به دلیل محلول بودن در آب معمولی بدون هیچ‌گونه افزودنی شناخته می‌شوند. این ویژگی آن‌ها را به گزینه‌ای عالی تبدیل می‌کند، زیرا حل شدنشان هیچ‌گونه خطری ایجاد نمی‌کند و همچنین واکنشی با جنس قطعه ندارد. از میان این مواد، PVA رایج‌ترین ماده برای ایجاد ساختارهای ساپورت در چاپ سه‌بعدی است.  BVOH نیز یک ماده پرکاربرد دیگر است که نسبت به PVA سازگاری بهتری با مواد دارد و همچنین زمان حل شدن کوتاه‌تری دارد.

2. فیلامنت‌های محلول در آب چاپگر سه‌بعدی با عوامل شیمیایی

برخی مواد مورد استفاده در سطح صنعتی به دلیل ویژگی‌های شیمیایی و/یا مقاومت حرارتی با فیلامنت‌هایی مانند PVA یا BVO سازگار نیستند. به همین دلیل، موادی مشابه BVOH یا PVA با ویژگی‌های افزوده طراحی شده‌اند تا سازگاری آن‌ها با مواد دما بالا مانند:  PEEK، PEKK، PPSU، PP و دیگر موارد ممکن شود. برای حل کردن این ساختارهای ساپورت، pH  آب باید اسیدی باشد تا قندهایی که این نوع مواد معمولاً دارند تجزیه شوند، زیرا این روش نسبت به استفاده از حلال‌ها خطر کمتری دارد.

3. فیلامنت‌های محلول چاپگر سه‌بعدی با حلال‌های آلی

این مواد کمترین میزان استفاده را دارند، به دلیل پیچیدگی استفاده از حلال‌های آلی با پلیمرهای پرکاربرد در چاپ سه‌بعدی، زیرا حلال ممکن است با جنس قطعه چاپ‌شده واکنش دهد و آن را آسیب بزند. مزیت استفاده از این فیلامنت‌ها این است که با ماده ساختاری سازگاری بالایی دارند. مثال پرکاربرد آن HIPS  به‌عنوان ماده ساپورت برای ABS  است.

ساپورت‌های فیلامنت چاپگر سه‌بعدی محلول در مقابل نامحلول

فیلامنت‌های محلول برای ساختارهای ساپورت نسبت به استفاده از فیلامنت‌های نامحلول دارای مزایا و معایب زیر هستند:

1. حذف راحت‌تر ساپورت‌ها
   

   از آنجا که ساختارهای ساپورت محلول هستند، کافی است قطعه را در حلال مناسب فرو ببرید و منتظر بمانید تا ساختار ساپورت ناپدید شود. این ویژگی برای قطعات با ساختارهای بسیار پیچیده بسیار مفید است.

2. بهبود کیفیت سطح تماس
   

   این مزیت مرتبط با نکته اول است؛ زیرا مواد به‌راحتی قابل حذف هستند، امکان ایجاد پایه‌ای محکم در ناحیه مورد نیاز ساپورت فراهم می‌شود و در نتیجه سطحی صاف و بدون باقی‌مانده فیلامنت حاصل می‌شود.

3. کاهش نیاز به پس‌پردازش قطعه
   

   توانایی چاپ قطعات پیچیده با کیفیت سطح بالا به دلیل استفاده از فیلامنت‌های محلول، همچنین نیاز به انجام کارهای پس‌پردازش مانند صیقل، سمباده‌زنی، چسب‌کاری و غیره را کاهش می‌دهد.

4. زمان چاپ طولانی‌تر
   

   مشکل استفاده از فیلامنت‌های محلول، افزایش زمان چاپ است، زیرا لازم است حین چاپ، مواد تعویض شوند. با این حال، تکنیک‌هایی برای بهینه‌سازی ساختار ساپورت وجود دارد که این مشکل را کاهش می‌دهد.

نکاتی برای ایجاد ساختارهای ساپورت با فیلامنت‌های محلول چاپگر سه‌بعدی

با تغییر برخی تنظیمات در اسلایسر خود، می‌توانید ساختارهای ساپورت محکمی ایجاد کنید تا کیفیت قطعه چاپ‌شده خود را بهبود بخشید.

1. بهبود مقاومت برج‌های ساپورت

ایجاد برج‌های نازک برای نگه داشتن بخش‌های بسیار نازک قطعه امری رایج است، اما این برج‌ها مقاومت کافی ندارند و در طول فرآیند چاپ تمایل به شکستن دارند.

برای افزایش استحکام برج‌ها، می‌توان پارامترهای زیر در پیکربندی ساپورت تنظیم کرد:

گسترش افقی ساپورت: ضخامت کلی ساپورت را افزایش می‌دهد و به برج امکان می‌دهد ضخیم‌تر و مقاوم‌تر شود.

2. جلوگیری از شکستن ساپورت‌ها در حین چاپ

ساپورت‌ها به قطر نازل چاپ ساخته می‌شوند، بنابراین معمولاً بسیار شکننده هستند و ممکن است در طول چاپ شکسته شوند. با تغییر الگو و سایر پارامترها می‌توان استحکام ساپورت‌ها را افزایش داد:

الگوی ساپورت:  الگوهای شبکه‌ای و مثلثی در برابر پارگی در طول فرآیند چاپ مقاومت خوبی دارند. این الگوها تنها برای چاپ با مواد محلول توصیه می‌شوند، زیرا حذف آن‌ها دشوار است.

سرعت چاپ ساپورت:  اگر ساپورت‌ها با سرعت زیاد چاپ شوند، خطر شکستن ساختار وجود دارد. با کاهش سرعت، ساختار از لرزش یا آسیب دیدن به‌وسیله عبور نازل جلوگیری می‌کند.

ساپورت‌ها به قطر نازل چاپ ساخته می‌شوند، بنابراین معمولاً بسیار شکننده هستند و ممکن است در طول چاپ شکسته شوند. با تغییر الگو و سایر پارامترها می‌توان استحکام ساپورت‌ها را افزایش داد:

الگوی ساپورت:  الگوهای شبکه‌ای و مثلثی در برابر پارگی در طول فرآیند چاپ مقاومت خوبی دارند. این الگوها تنها برای چاپ با مواد محلول توصیه می‌شوند، زیرا حذف آن‌ها دشوار است.

سرعت چاپ ساپورت:  اگر ساپورت‌ها با سرعت زیاد چاپ شوند، خطر شکستن ساختار وجود دارد. با کاهش سرعت، ساختار از لرزش یا آسیب دیدن به‌وسیله عبور نازل جلوگیری می‌کند.

بهبود کیفیت سطح قطعه

کیفیت سطح تماس بستگی به فاصله Z از الگوی ساپورت، جهت خطوط بالا و پایین محیط، و مقدار ماده‌ای که پایه قطعه را نگه می‌دارد دارد. تغییر این پارامترها می‌تواند کیفیت سطح را بهبود بخشد اما فرآیند جدا کردن ساپورت‌ها را پیچیده‌تر می‌کند.

چگالی ساپورت:  هرچه چگالی ساپورت‌ها بالاتر باشد، قطعه بهتر نگه داشته می‌شود و بنابراین کیفیت سطح بهبود می‌یابد.

جهت خطوط بالا/پایین:  تغییر جهت الگوی محیط کمک می‌کند تا لایه پایین قطعه بهتر نگه داشته شود، زیرا امکان تداخل بهتر بین الگوهای ساپورت و محیط فراهم می‌شود.

الگوی ساپورت و الگوی بالا/پایین:  الگوهای ساپورت و محیط‌ها بر نحوه اتصال قطعه ساپورت تأثیر می‌گذارند. ایده‌آل این است که این الگوها تا حد ممکن با هم تداخل داشته باشند تا لایه اول بهتر ثابت شود.

همیشه به خاطر داشته باشید که نگه داشتن فیلامنت‌ها خشک اهمیت زیادی دارد، زیرا مواد محلول رطوبت را به راحتی جذب می‌کنند و می‌تواند در فرآیند چاپ مشکلاتی ایجاد کند. برای اطلاعات بیشتر در این موضوع، مقاله پایگاه دانش ما را بررسی کنید. موادی مانند PVA و BVOH را می‌توان در آب معمولی حل کرد. این آب همچنین می‌تواند گرم شود تا زمان حل شدن کاهش یابد.

منابع :

https://www.3dnatives.com/en/soluble-support-materials-available-for-3d-printing-020220244/#!

https://www.bcn3d.com/using-soluble-3d-printer-filament-to-build-support-structures/