الگوهای ساختار درونی (infill pattern)

از آن جایی که الگوی infill بر استحکام، وزن، زمان پرینت و حتی انعطاف قطعه پرینت سه بعدی شده تأثیر گذار است، انتخاب الگوی مناسب برای مدل پرینت سه بعدی حائز اهمیت است. در این مقاله ما به معرفی 9 الگوی ساختار درونی رایج می پردازیم تا با شناخت انواع آن، انتخابی مناسب با کاربرد مدل خود داشته باشید.

1. خطیline

الگوی خطی ساختار درونی، تنها خط های صاف را در تمام لایه ها در یک جهت پرینت می کند (در راستای محور x یا y) . این الگو استحکام را تنها در دو جهت ایجاد می کند و زمان پرینت کوتاهی دارد. الگوی خطی، فیلامنت زیادی مصرف نمی کند و موجب سبک شدن قطعه پرینت سه بعدی می شود.

2. لانه زنبوری honeycomb

همان طور که از نامش مشخص است، این الگو ساختاری شبیه به لانه زنبور ایجاد می کند که ظاهری زیبا نیز دارد. این الگو برای پرینت های سه بعدی نیمه سریع مناسب است و استحکام متوسطی ایجاد می کند. این الگو فیلامنت زیادی مصرف نمی کند.

3. شبکه ای grid

الگوی infill شبکه ای همانند الگوی خطی است با این تفاوت که خط ها در هر لایه در دو جهت و با دو برابر فاصله بین خطوط پرینت می شوند. که این استحکام دو بعدی ایجاد می کند و تا حدودی قطعه پرینت سه بعدی را مستحکم می کند. الگوی شبکه ای زمان پرینت متوسطی دارد و همچنین مقدار متوسطی فیلامنت مصرف می کند.

4. مثلثیTriangles

الگوی مثلثی ساختار درونی شبیه به خطوط مثلثی روی هم افتاده به نظر می رسد که در سه جهت و در صفحه XY پرینت سه بعدی می شوند. این الگو در دو جهت موجب استحکام می شود اما برای قطعاتی که لازم است مستحکم باشند گزینه خوبی است.

5. الگوTri-hexagon

این الگو شامل مجموعه ای از خطوط است که در سه جهت در صفحه XY پرینت می شوند. که الگوی شش ضلعی ها توسط مثلث ها ساخته می شود. این الگوی infill استحکام را در دو جهت ایجاد می کند و برای قطعات پرینت سه بعدی که لازم است محکم باشند مناسب است.

6. مکعبیcubic

این الگو از مجموعه از مکعب ها تشکیل شده است. اما مکعب ها 45 درجه حول دو محور X و Y کج شده اند که بیشتر شبیه به مثلث به نظر می رسند. این الگو استحکام فوق العاده ای در سه جهت ایجاد می کند اما زمان و فیلامنت بیشتری نسبت به دیگر الگو ها مصرف می کند.

7. الگوOctet  

این الگو شبیه به الگوی مکعبی است با این تفاوت که به جای افزایش شیب مثلث، الگو به شکل مربع در می آید. این الگو برای قطعات پرینت سه بعدی که نیاز به استحکام بسیار بالا دارند مفید است.

8. موجیGyroid

الگوی ساختار درونی Gyroid شاید جالب‌ترین اما عجیب‌ترین الگوی infill باشد. این شامل انحناهای نامنظم و مقعر است که در نهایت از مسیرهای متقابل عبور می کنند. هدف آن ایجاد تعادل بهینه بین قدرت، مواد و زمان چاپ است.

9. الگوی متحدالمرکزConcentric

این الگو یک ساختار متشکل از خطوط هم محور است که با طرح کلی قطعه پرینت سه بعدی، مطابقت دارد. این الگو سریع پرینت می شود، برای قطعات پرینت سه بعدی منعطف مناسب است و در مقایسه با دیگر الگو ها در میزان قابل توجهی، فیلامنت کمتری مصرف می کند.

انواع فیلامنت

فیلامنت ها مدل های مختلفی دارند که بسته به جنس و خاصیتشان در زمینه های مختلف مورد استفاده قرار میگیرند .

ABS : از پرمصرف ترین فیلامنت ها در صنعت پرینت سه بعدی می باشد که بیشتر برای ساخت قطعات بادوام و متحرک یا قطعاتی

که باید در برابر حرارت مقاوم باشند استفاده می گردد .

ABS دارای دوام بالا , مقاومت و استحکام طولانی هستند اما متاسفانه هنگام ذوب شدن بخار شدیدی تولید میکنند

که برای افرادی که نزدیکی دستگاه باشند خطرناک است. از جمله قطعاتی که با این فیلامنت ها ساخته می شوند :

لگوها , تجهیزات ورزشی , قطعات خودرو ، قطعات لوازم خانگی ، اداری و اسباب بازی ها و...

PLA : این فیلامنت سازگاری خوبی با محیط زیست دارد و بسیار پر کاربرد است و میتواندر تولید مدل های سه بعدی بسیاری

در زمینه های مختلف براحتی از آن استفاده نمود . میزان انقباض این فیلامت از ABS کمتر است و این خاصیت از نقاط قوت PLA

می باشد و کار پرینت سه بعدی را بسیار ساده کرده است اما انعطاف پذیری کمتری نسبت به سایر فیلامنت ها دارد .

از جمله قطعاتی که با این فیلامنت ها ساخته میشود : ظروف مواد غذایی , مدل ها و نمونه های اولیه قطعات , ماکت سازی معماری ,

ایمپلنت ها و بسیاری از وسایل پزشکی , محصولات بهداشتی و...

PETG : این فیلامنت PETG بسیار با دوام است و بیشتر در تولید قطعات مکانیکی که نیاز به انعطاف پذیری دارند استفاده می شود.

PVA :این فیلامنت غیرسمی و غیر مضر است و به راحتی درآب در دمای معمولی حل می شود . موارد مصرفی : به عنوان فیلامنت ساپورت گذاری و...

PET :برای ساخت قطعات ماشین آلات مورد استفاده در صنعت ظروف غذایی کاریرد دارد و هنگام تولید دود و بو  ندارد .

PETT :این فیلامنت بی رنگ و شفاف و قابل بازیافت است و در عین داشتن مقاومت از انعطاف پذیری خوبی نیز برخوردار است

که با توجه به این ویژگی ها در صنعت بطری سازی مورد استفاده قرار میگیرد .

HIPS :فیلامنت HIPS با توجه به هزینه تولید کم و خاصیت زیست تخریب پذیری بیشتر در ساخت مدل ها و نمونه های اولیه بکار می رود.

NYLON : نایلون ها قوی , سبک , انعطاف پذیر , آنتی باکتریال بادوام و در برابر سایش مقاوم هستند به همین منظور در ساخت

قطعات مکانیکی , ابزارها , اسباب بازی و چرخ دنده ها و قطعات متحرک و... بکار می روند.

WOOD : این رشته ها ترکیبی از پلیمرهای ترمو پلاستیک و ذرات چوب هستند که بسیار مشابه الیاف واقعی چوبی میشوند

و برای ساخت وسایل چوبی بکار می روند.

SANDSTONE:  فیلامنت پرینتر سه بعدی که از ترکیب ماسه و سنگ تولید میشود به شما این امکان را می دهد که پس از

ساخت قطعه پرداخت سطح بهتری انجام دهیدو قابلیت رنگ آمیزی بیشتر داشته باشید . کاربرد : تولید مدل های معماری و هنری و...

METAL : این نوع  فیلامنت ترکیب پودر فلز و پلیمر هست. با توجه به خواص اولیه و ظاهری منحصر به فردی که دارند

برای ساخت تندیس ها و لوازم لوکس و تزئینی استفاده میشوند.

MAGNETIC IRON PLA : فیلامنت مغناطیسی که دارای دوام بالا و خواص مغناطیسی است که در ساخت  آهنربای یخچال و

سنسور ها و... کاربرد دارند.

CONDUCTIVE PLA : فلامینتی با خاصیت رسانایی در مدارات چاپی و بیشتر برای پروژه های حسگر های لمسی

و مدارهای کم ولتاژ کارآمد است.

CARBON FIBER : ترکیبات این فیلامنت شامل  ذرات کربن و پلیمرهایی مثل PLA , ABS , PA ,... است . این نوع فیلامنت

بخاطر دوام بالایی که دارند در ساخت قطعات مکانیکی و قطعاتی که باید بسیار مقاوم باشند بکار می روند.

انواع فیلامنت TPE و PLA نرم برای پرینتر سه بعدی

1. فیلامنت TPU: 

رایج ترین نوع فیلامنت TPE که در پرینتر سه بعدی استفاده می شود ، فیلامنت TPU است. در مقایسه با دیگر فیلامنت های منعطف، TPU سخت تر است. و این باعث شده که راحت تر اکسترود شود. همچنین دارای استحکام مناسب و دوام بالایی است. بهتر است بدانید که در هنگام کار با فیلامنتTPU، اگر دما بیش از اندازه زیاد باشد، stringing رخ می دهد و اگر دما بیش از اندازه پایین باشد، چسبندگی لایه ها ضعیف می شود. همچنین کاربردهای این فیلامنت در صنعت شامل: استفاده در کفی کفش، تسمه های صنعتی و چکمه های اسکی است.

مشخصات:

• محدوده ارتجاعی بالا (معمولا بین 600-700 %)
• سختی shore  بین 60A و 55D
• قابلیت چاپ عالی
• نیمه شفاف
• مقاومت شیمایی در برابر روغن و گریس
• مقاومت بالا در برابر سایش

2. فیلامنت TPC

Thermoplastic copolyester (TPC) استرهای کوپلی اتری با توالی های متناوب و با طول تصادفی از گلیکول های با زنجیره بلند یا زنجیره کوتاه هستند. آنها هر دو بخش سخت و نرم دارند. بخش های سخت معمولاً واحدهای استری با زنجیره کوتاه هستند در حالی که بخش های نرم معمولاً پلی اترهای آلیفاتیک و پلی استر گلیکول هستند.

TPC در هنگام شکست افزایش طول کمتری نشان می دهد و نمی توان از آن برای کاربردهای بسیار انعطاف پذیر استفاده کرد.

مشخصات:

• چگالی پایین
•  محدوده ارتجاعی 300-500 %
• سختی Shore بین 40 و 72D 
• مقاومت شیمیایی خوب
• استحکام بالا
• پایداری حرارتی خوب
• مقاومت دمایی بالا

پیش نیازهای پرینت سه بعدی:

• دمای اکسترودر: 220 -260 درجه سلسیوس
• دمای صفحه چاپ: 90-110 درجه سانتی گراد
• سرعت پرینت: 5-30 mm/s

3. فیلامنت TPA

Thermoplastic polyamide (TPA) یک کوپلیمر شیمیایی است که از TPE و نایلون بسیار انعطاف پذیر تشکیل شده و در نتیجه یک ترکیب از بافت صاف و براق که از نایلون ناشی می شود و انعطاف پذیری که بخاطر TPE است.

از آنجایی که این نوع فیلامنت رطوبت را به خود جذب می کند، لازم است در محفظه در بسته به دور از رطوبت نگهداری شود. همچنین در قطعات پرینت شده به وسیله این فیلامنت، شانس پیچ خوردن به سمت بالای ( Warping ) بیشتری وجود دارد.

از جمله کاربردهای فیلامنت TPA می توان به ساخت تجهیزات ورزش های زمستانی مخصوصا اسکی، توپ گلف و محصولات دندان پزشکی مثل  catheters اشاره کرد.

مشخصات:

• انعطاف پذیری بالا
• محدوده ارتجاعی بین 370-497%
• سختی shore بین 75 و 63A
• دوام فوق العاده
• قابلیت چاپ خوب
• مقاومت حرارتی بالا
• چسبندگی لایه ای خوب

پیش نیازهای چاپ سه بعدی:

• دمای اکسترودر: 220-230 درجه سلسیوس
• دمای صفحه چاپ: 30-60درجه سلسیوس
• سرعت پرینت: 5-30 mm/s
• چسبندگی صفحه چاپ: چسب های مبتنی بر PVA پیشنهاد می شود.
• سیستم اکسترودر: Direct drive و Bowden 

4. PLA نرم

PLA نرم، یک اصطلاح کلی برای ترکیبات انعطاف پذیر تر PLA است. بخاطر این ویژگی، برخی آن را "لاستیک سخت" منتسب کردند. در مقایسه با دیگر مواد انعطاف پذیر، فیلامنت PLA نرم، به استحکام و دوام شناخته می شود. پرینت آن شبیه به PLA استاندارد است با این تفاوت که باید با سرعت کمتر و دمای بالاتر صفحه چاپ پرینت شود. همچنین به دلیل نرمی، بارگذاری فیلامنت مشکل است. 

برای کاربرد این فیلامنت می توان به مواد سازنده استاپرها ( stoppers )، تسمه ها و فنرها اشاره کرد.

مشخصات:

• قابل بازیافت
• سختی shore بین 90 تا 92A
• استحکام بالا
• دوام بالا

پیش نیاز های پرینت سه بعدی:

• دمای اکسترودر: 220-235 درجه سلسیوس
• دمای صفحه چاپ: 100 درجه سلسیوس
• سرعت پرینت: 10-30 mm/s
• سیستم اکسترودر: Direct drive و Bowden

بهترین فیلامنت ها برای حرفه ای ها

زمانی که شما از پرینتر سه بعدی FDM برای کار خود استفاده می کنید، نباید عدم چسبندگی لایه ها یا ناهمانگی در قطعات و مواد پرینت سه بعدی شما وجود داشته باشد. قطعات شما نباید بشکند، تاب بخورد، ذوب شود و یا لایه لایه شوند.

فیلامنت ها مانند کلوچه ها هستند، هزاران نوع از آن ها وجود دارد.

به عنوان مثال