10 نوع فیلامنت پرینت سه بعدی

آخرین به روزرسانی

مقدمه

چاپگرهای سه بعدی FDM (Fused Deposition Modeling) از فیلامنت‌ها استفاده می کنند. این مواد بر روی قرقره های مخصوص چاپگرهای سه بعدی ارائه شده و توسط اکسترودر (Extruder) به یک نازل (Nozzle) گرم شده هدایت می شوند. سپس پلاستیک اکسترود شده برای ساخت لایه به لایه یک قطعه سه بعدی استفاده می شود. انواع مختلفی از فیلامنت پرینت سه بعدی وجود دارد. با این حال 10 مورد از رایج ترین آنها در این مقاله به همراه خواص مکانیکی، ویژگی ها، مزایا و معایب آنها شرح داده خواهد شد.

1. فیلامنت پرینت سه بعدی PLA

پلی لاکتیک اسید (Polylactic Acid/ PLA) یک ترموپلاستیک مونومری است که از منابع آلی ساخته شده است. این برخلاف سایر انواع فیلامنت های چاپگر سه بعدی است که از فرآورده های نفتی ساخته می شوند. PLA به راحتی چاپ می شود و سازگار با محیط زیست است. با این حال، این فیلامنت شکننده بوده و مقاومت کمی در برابر اشعه فرابنفش (UV) دارد. ویژگی های کلیدی اضافی عبارتند از:

• تاب برداشتن (Warping): PLA هنگام پرینت به آسانی تاب برنمی‌دارد.
• انحلال پذیری (Solubility): PLA در آب محلول نیست اما می تواند در استون، متیل اتیل کتون یا سود سوزآور حل شود.
• سازگاری با مواد خوراکی (Food Safety): PLA با مواد خوراکی سازگار است.

جدول 1 خواص مکانیکی PLA را فهرست می کند:

خاصیت	مقدار	واحد
استحکام کششی (Tensile Strength)	60-68	مگاپاسکال (MPa)
سفتی یا مدول یانگ (Stiffness/Young’s Modulus)	3.6-3.8	گیگاپاسکال (GPa)
دمای انتقال شیشه ای (Glass Transition Temperature)	60-65	درجه سلسیوس (°C)

برخی از انواع فیلامنت پرینت سه بعدی PLA می توانند رسانا (conductive) باشند.

2. فیلامنت پرینت سه بعدی ABS

اکریلونیتریل بوتادین استایرن (Acrylonitrile Butadiene Styrene /ABS) یک پلاستیک مهندسی پرکاربرد و از انواع فیلامنت های چاپ سه بعدی است. ABS مقاومت عالی از خود نشان می دهد و می تواند دمای نسبتاً بالایی را تحمل کند. چاپ با ABS مستلزم دمای بالا هم برای اکسترودر و هم برای صفحه ساخت (Build Plate) چاپگر است. برای نتایج خوب، استفاده از محفظه های ساخت (Build Volume) گرم شده نیز مورد نیاز است . علاوه بر این، انواع ABS در طول چاپ مستعد تاب برداشتن هستند که منجر به دقت ابعادی ضعیف می شود. ویژگی های اصلی اضافی عبارتند از:

• دوام (Durability): ABS مقاومت عالی در برابر سایش و پارگی دارد. این ماده هم محکم است و هم در برابر ضربه مقاوم.
• انحلال‌پذیری (Solubility): ABS در آب محلول نیست. با این حال حلال های آلی مانند استون، متیل اتیل کتون و استرها ABS را حل می کنند.
• سازگاری با مواد خوراکی (Food Safety): ABS یک پلاستیک مورد تایید سازمان جهانی غذا (Food Grade) است.

جدول 2 خواص مکانیکی ABS را فهرست می کند:

خاصیت	مقدار	واحد
استحکام کششی (Tensile Strength)	28-40	مگاپاسکال (MPa)
سفتی یا مدول یانگ (Stiffness/Young’s Modulus)	1.6-2.4	گیگاپاسکال (GPa)
دمای انتقال شیشه ای (Glass Transition Temperature)	105	درجه سلسیوس (°C)

3. فیلامنت پرینت سه بعدی فیبر کربن

فیلامنت های چاپگر سه بعدی را می توان با افزودنی های خاصی ساخت تا خواص مکانیکی یا ظاهر زیبایی آن بهبود یابد. انواع فیلامنت های معمولی چاپ سه بعدی مورد استفاده شامل PLA، PETG یا ABS می شوند. برای مقایسه در اینجا از پلاستیک ABS تقویت شده با الیاف کربن استفاده خواهد شد. فیلامنت های تقویت شده با فیبر کربن در مقایسه با ترموپلاستیک های خالص، خواص مکانیکی بهبود یافته ای ارائه می دهند. آنها همچنین پایداری ابعادی خوبی دارند. اما فیلامنت های فیبر کربن شکننده هستند و به آسانی نازل را مسدود می کنند. در ادامه ویژگی های کلیدی اضافی شرح داده شده است:

• دوام (Durability): افزودن فیبر کربن استحکام ABS را بهبود می بخشد.
• تاب برداشتن (Warping): افزودن فیبر کربن میزان تاب برداشتن که در مورد ABS خالص رایج است را کاهش می دهد.
• انحلال پذیری (Solubility): ABS تقویت شده با فیبر کربن در حلال های آلی مانند استون، متیل اتیل کتون و استرها محلول است.

جدول 3 خواص مکانیکی فیلامنت فیبر کربن را فهرست می کند:

خاصیت	مقدار	واحد
استحکام کششی (Tensile Strength)	50-70	مگاپاسکال (MPa)
سفتی یا مدول یانگ (Stiffness/Young’s Modulus)	5-8	گیگاپاسکال (GPa)
دمای انتقال شیشه ای (Glass Transition Temperature)	100	درجه سلسیوس (°C)

4. فیلامنت پرینت سه بعدی نایلون

نایلون یا پلی آمید یک ترموپلاستیک مهندسی پرکاربرد است که به خاطر مقاومت عالی در برابر سایش و دوام شناخته شده است. رایج ترین نوع نایلون برای فیلامنت های چاپگر سه بعدی PA 6 (Nylon 6) است. نایلون هم در برابر ضربه و هم در برابر سایش مقاوم است. با این حال، نایلون تمایل به جذب رطوبت به آسانی دارد. همچنین به دمای چاپ نسبتاً بالایی تا حداکثر 265 درجه سانتیگراد نیاز دارد. در ادامه لیستی از دیگر ویژگی های کلیدی نایلون آورده شده است:

• تاب برداشتن (Warping): به دلیل دمای بالای درگیر، نایلون در طول چاپ مستعد تاب برداشتن است. به‌عنوان یک قاعده کلی، چاپ با این ماده در محفظه گرم شونده توصیه می‌شود.
• انحلال پذیری (Solubility): نایلون به دلیل ماهیت رطوبت پذیری و جاذب رطوبت (Hygroscopic) خود در معرض آب انبساط می یابد. اسید استیک و اسید فرمیک نایلون را حل می کنند.
• سازگاری با مواد خوراکی (Food Safety): گریدهایی از نایلون وجود دارد که مورد تایید سازمان جهانی غذا محسوب می‌شوند.

جدول 4 خواص مکانیکی نایلون را فهرست می کند:

خاصیت	مقدار	واحد
استحکام کششی (Tensile Strength)	40-75	مگاپاسکال (MPa)
سفتی یا مدول یانگ (Stiffness/Young’s Modulus)	0.8-1.8	گیگاپاسکال (GPa)
دمای انتقال شیشه ای (Glass Transition Temperature)	50	درجه سلسیوس (°C)

5. فیلامنت پرینت سه بعدی FLEX

فیلامنت پرینت سه بعدی FLEX مخلوطی اختصاصی از پلیمرها است که نوعی فیلامنت چاپ سه بعدی کوپلیمر انعطاف‌پذیر (Flexible Copolymer) را ایجاد می‌کند. FLEX جزئی از خانواده مواد TPU (Thermoplastic Polyurethane) است. قطعات چاپ شده با این ماده می‌توانند به سختی Shore A 93 A دست پیدا کنند. آنها همچنین انعطاف‌پذیر و مقاوم در برابر ضربه هستند. قطعات چاپ شده با استفاده از FLEX رطوبت‌ گیر (Hygroscopic) هستند. به این معنی که قبل از استفاده باید خشک شوند و در طول چاپ‌های طولانی مدت خشک نگه داشته شوند. سایر ویژگی‌های کلیدی عبارتند از:

• دوام (Durability): مواد انعطاف‌پذیر ذاتاً بادوام هستند؛ این موضوع در مورد فیلامنت‌های FLEX نیز تفاوتی ندارد.
• تاب برداشتن (Warping): تاب برداشتن اتفاق نمی‌افتد.

جدول 5 خواص مکانیکی فیلامنت FLEX را فهرست می‌کند:

خاصیت	مقدار	واحد
استحکام کششی (Tensile Strength)	55-65	مگاپاسکال (MPa)
سفتی یا مدول یانگ (Stiffness/Young’s Modulus)	1.2-1.5	گیگاپاسکال (GPa)
دمای انتقال شیشه ای (Glass Transition Temperature)	-50	درجه سلسیوس (°C)

6. فیلامنت پرینت سه بعدی HIPS

پلی استایرن با ضربه بالا یا پلی استایرن مقاوم (HIPS) یک ترموپلاستیک است که اغلب برای نمونه‌سازی اولیه ماشینکاری قبل از تولید استفاده می‌شود. با این حال، این ماده همچنین یکی از دو نوع فیلامنت چاپ سه بعدی است که در کنار ABS به عنوان مواد حلال (Soluble Support Material) استفاده می‌شود. HIPS خواصی مشابه ABS دارد و آن را به یک ماده ایده‌آل برای اکسترودر دوم تبدیل می‌کند. با وجود حلالیت، HIPS در طول چاپ بخارات مضری تولید می‌کند. به همین دلیل، چاپ در یک منطقه با تهویه مناسب یا هدایت بخارات به بیرون با استفاده از کانال یا هود صنعتی توصیه می‌شود. سایر ویژگی‌های کلیدی عبارتند از:

• دوام (Durability): HIPS به دلیل ترکیب منحصر به فرد انعطاف‌پذیری و استحکام، از دوام بالایی برخوردار است.
• تاب برداشتن (Warping): HIPS در صورت عدم کنترل دقیق دما می‌تواند دچار تاب برداشتن بیش از حد شود. استفاده از محفظه‌های گرم شونده توصیه می‌شود.
• انحلال‌پذیری (Solubility): HIPS در D-limonene حل می‌شود.لیمونن به یک ترکیب شیمیایی آلی طبیعی اشاره دارد که در پوست مرکبات مانند لیمو، پرتقال و گریپ فروت یافت می‌شود.
• سازگاری با مواد خوراکی (Food Safety): HIPS یک ماده با گرید خوراکی است.

جدول 6 خواص مکانیکی HIPS را فهرست می‌کند:

خاصیت	مقدار	واحد
استحکام کششی (Tensile Strength)	20-40	مگاپاسکال (MPa)
سفتی یا مدول یانگ (Stiffness/Young’s Modulus)	1.4-1.8	گیگاپاسکال (GPa)
دمای انتقال شیشه ای (Glass Transition Temperature)	100	درجه سلسیوس (°C)

7. فیلامنت پرینت سه بعدی PVA

پلی وینیل الکل (PVA) یک پلاستیک چاپگر سه بعدی زیست تخریب‌پذیر است که به راحتی در آب حل می‌شود. همچنین خواص چاپی مشابه PLA دارد. این موضوع PVA را به یکی از ایده‌آل‌ترین نوع فیلامنت‌های چاپگر سه بعدی برای مواد حلال PLA تبدیل می‌کند. اگرچه استفاده از PVA آسان است، اما به دلیل استفاده از آن به عنوان یک ماده حلال فدا شونده، می‌تواند گران باشد. برخی از ویژگی‌های کلیدی PVA در ادامه لیست شده‌اند:

• دوام (Durability): به دلیل حلالیت در آب، PVA در اکثر کاربردها مفید نیست، زیرا رطوبت پلاستیک را تخریب می‌کند.
• تاب برداشتن (Warping): PVA تا حدی می‌تواند تاب بردارد.
• سازگاری با مواد خوراکی (Food Safety): PVA در حضور آب حل می شود. به همین دلیل استفاده از آن با غذا توصیه نمی شود.

جدول 7 خواص مکانیکی PVA را فهرست می‌کند:

خاصیت	مقدار	واحد
استحکام کششی (Tensile Strength)	50-70	مگاپاسکال (MPa)
سفتی یا مدول یانگ (Stiffness/Young’s Modulus)	2-3	گیگاپاسکال (GPa)
دمای انتقال شیشه ای (Glass Transition Temperature)	80-100	درجه سانتیگراد (°C)

8. فیلامنت پرینت سه بعدی PETG

پلی اتیلن ترفتالات اصلاح شده با گلیکول (PETG) نوعی اصلاح شده از PET است. اضافه شدن گلیکول دمای ذوب را به اندازه کافی برای PETG پایین می آورد تا کاربرپسندتر باشد. PETG علاوه بر چاپ آسان، در برابر اشعه UV نیز مقاوم است. معایب کلیدی آن چسبندگی ضعیف و تمایل به ایجاد رشته هنگام عبور هد پرینت از فضای خالی بین المان ها است. سایر ویژگی های کلیدی PETG عبارتند از:

• دوام (Durability): PETG دارای خواص مکانیکی عالی است و در عین حال در برابر طیف وسیعی از مواد شیمیایی و دمای بالا مقاوم است.
• تاب برداشتن (Warping): PETG به طور خاص مستعد تاب برداشتن نیست.
• انحلال پذیری (Solubility): PETG در تولوئن و متیل اتیل کتون (MEK) حل می شود.
• سازگاری با مواد خوراکی (Food Safety): PET و به تبع آن PETG با مواد خوراکی سازگار هستند.

جدول 8 خواص مکانیکی PETG را فهرست می کند:

خاصیت	مقدار	واحد
استحکام کششی (Tensile Strength)	50-70	مگاپاسکال (MPa)
سفتی یا مدول یانگ (Stiffness/Young’s Modulus)	2.5-3.0	گیگاپاسکال (GPa)
دمای انتقال شیشه ای (Glass Transition Temperature)	75-80	درجه سلسیوس (°C)

9. فیلامنت پرینت سه بعدی TPE

الاستومرهای ترموپلاستیک (TPE) مواد انعطاف‌پذیری هستند که می‌توانند در اکثر انواع چاپگرهای سه بعدی به روش ذوب پردازش شوند. انواع مختلفی از فیلامنت‌های چاپ سه بعدی TPE وجود دارد و اشتباه گرفتن TPE با TPU آسان است. TPU به طور کلی در محدوده Shore A سخت‌تر است، در حالی که TPE نرم‌تر است. خواص و ویژگی‌های شرح داده شده در این بخش بر اساس فیلامنت FilaFlex TPE است. FilaFlex دارای کشش بالا و چسبندگی خوب است. با این حال، گران است. برخی از ویژگی های کلیدی TPE عبارتند از:

• دوام (Durability): TPE مقاومت سایشی خوب و انعطاف پذیری عالی دارد.
• تاب برداشتن (Warping): TPE تاب برنمی‌دارد.
• سازگاری با مواد خوراکی (Food Safety): TPE با مواد خوراکی سازگار نیست.

جدول 9 خواص مکانیکی TPE را فهرست می کند:

خاصیت	مقدار	واحد
استحکام کششی (Tensile Strength)	15-25	مگاپاسکال (MPa)
سفتی یا مدول یانگ (Stiffness/Young’s Modulus)	0.1-0.2	گیگاپاسکال (GPa)
دمای انتقال شیشه ای (Glass Transition Temperature)	60	درجه سلسیوس (°C)

10. فیلامنت پرینت سه بعدی PC

پلی کربنات (PC) یک ترموپلاستیک مهندسی پیشرفته با خواص مکانیکی عالی است و قوی ترین فیلامنت چاپ سه بعدی محسوب می شود. این ماده دارای استحکام بالا و دمای انتقال شیشه ای 150 درجه سانتیگراد است که آن را برای کاربردهای با دمای بالا ایده آل می کند. با این حال، PC باید در دمای بسیار بالا تا 310 درجه سانتیگراد چاپ شود. این ماده بسیار رطوبت‌ پذیر است و به راحتی رطوبت را جذب می‌کند. سپس این رطوبت می تواند باعث ایجاد نقص در قطعه چاپی شود. سایر ویژگی های کلیدی PC عبارتند از:

• دوام (Durability): PC یکی از بادوام ترین انواع فیلامنت های چاپ سه بعدی است.
• تاب برداشتن (Warping): PC به شدت مستعد تاب برداشتن است.
• انحلال پذیری (Solubility): PC در تتراکلرومتان، پیریدین و کلروفرم حل می شود.
• سازگاری با مواد خوراکی (Food Safety): PC می تواند برای ظروف غذا استفاده شود.

جدول 10 خواص مکانیکی PC را فهرست می کند:

خاصیت	مقدار	واحد
استحکام کششی (Tensile Strength)	60-80	مگاپاسکال (MPa)
سفتی یا مدول یانگ (Stiffness/Young’s Modulus)	2.5-3.0	گیگاپاسکال (GPa)
دمای انتقال شیشه ای (Glass Transition Temperature)	145-155	درجه سلسیوس (°C)

تفاوت بین فیلامنت های ABS و PLA

PLA و ABS هر دو نوع فیلامنت های چاپگر سه بعدی هستند که به طور گسترده استفاده می شود.

جدول 11 مقایسه ای بین PLA و ABS ارائه می دهد:

خاصیت	PLA	ABS
استحکام کششی (Tensile Strength)	65 مگاپاسکال	40 مگاپاسکال
سفتی یا مدول یانگ (Stiffness/Young’s Modulus)	3.8 گیگاپاسکال	1.6 تا 2.4 گیگاپاسکال
دمای انتقال شیشه ای (Glass Transition Temperature)	50 تا 80 درجه سانتیگراد	105 درجه سانتیگراد
سهولت چاپ	بسیار آسان	نیاز به دمای بالا، مستعد تاب برداشتن، نیاز به محفظه ساخت گرم شده
مقاومت شیمیایی	مقاومت شیمیایی خوب	مقاومت شیمیایی خوب
دوام	PLA شکننده است و به راحتی ترک می خورد. PLA نمی تواند در برابر قرار گرفتن در فضای باز در	ABS بسیار بادوام، با مقاومت در برابر ضربه بالا و مقاومت در برابر سایش خوب است
سازگاری با مواد خوراکی	PLA با مواد خوراکی سازگار است.	ABS با مواد خوراکی سازگار است.
قیمت	PLA ارزان تر از ABS است.	ABS گران تر از PLA است.

سوالات متداول

خلاصه

انتخاب بهترین نوع فیلامنت چاپ سه بعدی به کاربرد مورد نظر شما بستگی دارد. PLA و ABS رایج ترین نوع فیلامنت هستند، اما گزینه های دیگری مانند PETG، TPU و PC نیز وجود دارد که ممکن است برای نیازهای شما مناسب تر باشند. این مقاله برای اولین بار در سایت بازارگاه ساخت و تولید ایران به نشانیDigimfg.ir منتشر شده است.

منابع

xometry.com/resources/3d-printing/types-of-3d-printer-filaments

سلب مسئولیت

محتوای ارائه شده در این صفحه وب صرفا جنبه اطلاع رسانی دارد. DIGIMFG هیچگونه ضمانت یا مسئولیتی، چه به صورت صریح یا ضمنی، در خصوص صحت، کامل بودن یا اعتبار اطلاعات بر عهده نمی گیرد. پارامترهای عملکرد، تلرانس های هندسی، ویژگی‌های طراحی خاص، کیفیت یا نوع مواد، یا فرایندها را نباید نمایانگر آنچه توسط تأمین کنندگان یا تولیدکنندگان شخص ثالث در شبکه DIGIMFG ارائه می‌شود، دانست. خریدارانی که به دنبال دریافت قیمت هستند موظفند تا الزامات فنی ویژه موردنیاز برای قطعات را تعریف کنند. برای کسب اطلاعات بیشتر، لطفاً به شرایط و ضوابط ما مراجعه کنید.