فیلامنت فولاد ضد زنگ و سرامیکی   stainless steel

فیلامنتفولادی ضد زنگ  Nanovia Mt Inox 316L که برای پرینتر های سه بعدی بر پایه اکستروژن طراحی شده است همچنین فیلامنت سرامیکی Nanovia Cr SiC از چندین نوع فیلامنت شرکت Nanovia هستند که در زیر به معرفی آنها می پردازیم.

این فیلامنت ها برای قطعات فلزی و سرامیکی تراکم بالا در پرینترهای سه بعدی رایج مثل FDM در نظر گرفته شده اند. و از طریق مرحله  پخت نهایی برای تراکم بیشتر قطعه، قابل پرداخت هستند. همچنین کاربران می توانند قبل از استفاده، قطعه را ماشین کاری و دقت ابعاد را تنظیم کنند و کیفیت سطح را نیز بهبود بخشند.

فولاد ضد زنگ 316L یکی از متداول ترین فولادهای ضدزنگ امروزی است . این ماده با چقرمگی عالی، مقاومت دربرابر خوردگی و حرارت توصیف می شود. این فیلامنت در ایمپلنت های پزشکی، بست ها و در بخش نفت و گاز برای قطعات در تماس با مواد شیمایی، استفاده می شود.

می توان قطعات ضد زنگ را، توسط این فیلامنت در پرینتر سه بعدی FDM در دمای  210 تا 230 درجه سانتی گراد چاپ کرد. توصیه می شود از نازل های سخت شده استفاده کرد زیرا فیلامنت ها ساینده هستند. فیلامنت Mt با گذراندن مرحله پخت در پس پردازش، اجزای فولادی ضد زنگ را بدون نیاز به هیچ گونه جدا سازی شیمایی ایجاد می کند.

از سوی دیگر، کاربید سیلیکون یک محصولی نیمه هادی و بسیار سخت است که به صورت مصنوعی تولید می شود. از وقتی که به صورت تصادفی در اواخر قرن 19 اختراع شده، این ماده در سنباده ها، چرخ های آسیاب و ابزار برش استفاده می شد. کاربردهای جدیدتر سرامیک شامل: پوشش های نسوز، عناصر گرمایشی، اجزای مقاوم در برابر سایش برای پمپ ها و موتورهای هوافضا و دیودهای ساطع کننده نور است.

فیلامنت Cr که قرار است به زودی عرضه شود خیلی سخت خواهد بود و در برابر دمای 2000 درجه سانتی گراد مقاومت می کند. فیلامنت های فلزی پرینتر سه بعدی و دیگر موادی که حاوی افزودنی های دیگر هستند نیاز به پخت دارند تا چگالی قطعه افزایش یابد که به کاربران کمک می کند تا به خواص مکانیکی با کارایی بالا دست یابند. فیلامنت های Mt و Cr نیز از این قاعده مستثنی نیستند.

محصولات این شرکت معمولا در دو مرحله باید پخت ( sintered ) شوند. جداسازی در دمای پایین تر ( برای حذف ماتریکس پلیمری ) به دنبال آن پخت ( sintering ) در دمای بالاتر ( برای محکم کردن فلز و سرامیک افزوده شده ) گرمای داده شده معمولا قطعه را منقبض می کند. اما شرکت ادعا می کند انقباض بسته به قطعه در حدود 10 تا 15 درصد محدود می شود.

فیلامنت فیبر کربن

فیلامنت Carbon Fiber از تزریق الیاف کربنی به مواد پایه ای مثل ABS، PLA، PETG ، نایلون و پلی کربنات تولید می شود تا خواص آن ها را بهبود بخشد. این الیاف کربنی باعث استحکام و سخت شدن فیلامنت می شوند. همچنین قطعات پرینت سه بعدی شده با فیلامنت فیبر کربن بسیار سبک تر و مقاوم تر هستند و ثبات ابعادی خوبی دارند. زیرا الیاف فیبر از انقباض (shrinkage) قطعه پرینت سه بعدی جلو گیری می کند.

تنظیمات پرینت، دمای پرینت، سرعت پرینت، چسبندگی بستر و نرخ اکستروژن مشابه با تنظیمات مواد پایه ای است که الیاف کربنی به آن اضافه شده است ( برای مثال تنظیمات PLA، مشابه با تنظیمات فیلامنت فیبر کربن بر پایه PLA است ). هنگام کار با فیلامنت فیبر کربن احتمال گرفتگی نازل وجود دارد. این فیلامنت ساینده است،  به همین منظور به نازل مقاوم در برابر سایش ( نازل فولادی ) نیاز دارد. همچنین برای پرینت سه بعدی موفقیت آمیز این فیلامنت دمای اکسترودر 200 تا 230 درجه سلسیوس و دمای صفحه چاپ بین 40 تا 60 درجه سلسیوس و فن خنک کننده نیاز است.

مزایای فیلامنت فیبر کربن:

1. افزایش استحکام و سختی

2. ثبات ابعادی خوب (به علت حذف shrinkage)

3. داری وزنی سبک تر نسبت به سایر فیلامنت ها

معایب فیلامنت فیبر کربن:

1. ساینده است و به نازل از جنس فولاد سخت شده نیاز دارد.

2. شکنندگی فیلامنت را افزایش می دهد.

3. بیشتر باعث گرفتگی نازل می شود.

فیلامنت نایلون PA

نایلون از محبوبت بالایی در صنعت پرینتر سه بعدی برخوردار است. نایلون هم به صورت فیلامنت و هم به صورت پودری برای انواع پرینتر سه بعدی کاربرد فراوانی دارد. امروزه فیلامنت نایلون انواع مختلفی دارد که هر کدام برای کاربردی مفید هستند.

نایلون یک پلیمر مصنوعی بر پایه پلی آمید است. فیلامنت نایلون دارای حالت فنری ، مستحکم، با دوام و مقدار بسیار کمی انعطاف پذیر است. از دیگر ویژگی های فیلامنت نایلون که می توان به آن اشاره کرد هیدروسکوپی ( hydroscopic ) بودن است. و این یعنی جذب کننده مایعات است. این ویژگی باعث می شود که نایلون گزینه خوبی باشد، هنگامی شما می خواهید قطعه پرینت سه بعدی خود را رنگ کنید. اگرچه این ویژگی باعث می شود فیلامنت نایلون ماندگاری کمی داشته و نگهداری آن دشوار باشد. از آنجایی که نایلون نسبت، پایداری به انعطاف پذیری منحصر به فردی دارد برای کاربردهای زیادی استفاده می شود. مانند: پروتز ها، تجهیزات پزشکی، اتصالات و لولا ها و...

تعداد کمی پرینتر سه بعدی وجود دارد که بتواند نایلون را پرینت کند. زیرا که نایلون بسیار جاذب رطوبت و به دما بسیار حساس است از این رو پیشنهاد می کنیم پرینتر سه بعدی شما حتما محفظه داشته باشد که در این صورت کنترل دما آسان تر است. و همچنین از یک صفحه چاپ گرم شده برای پرینت سه بعدی فیلامنت نایلون استفاده کنید. توجه داشته باشید که استفاده از چسب ماتیکی یا اسپری مو برای جلو گیری از تاب برداشتن ( warping ) قطعه ضروری است.

مزایای فیلامنت نایلون PA

1. نایلون دارای مقاومت بالا و دوام بسیار زیادی است.

2. دارای نسبت مقاومت به انعطاف پذیری خوبی است.

3. به راحتی رنگ می شود.

معایب

1. نایلون به رطوبت بسیار حساس است.

فیلامنت های نایلونی باید به دور از رطوبت و در محفظه خشک نگه داری شوند.

ممکن است لازم باشد آن ها را قبل از چاپ در فر خشک کنید.

فیلامنت نایلونی تمایل زیادی به تاب برداشتن ( warping ) دارد.

اکثر برند های فیلامنت نایلونی تا 12 ماه ماندگار هستند.

نایلون shrinkage بالایی دارد بنابراین ممکن است دقت قطعات پرینت سه بعدی افت کند.

فیلامنت های انعطاف پذیر

وقتی صحبت از کاربردهای انعطاف پذیری و الاستیک به میان می آید، لاستیک بهترین گزینه است. اما قابلیت پرینت شدن را ندارد. پس به دنبال جایگزینی برای آن می گردیم. که در عین حال که انعطاف پذیر است قابلیت پرینت شدن را داشته باشد. الاستومر ها و پلیمرها از دسته مواد انعطاف پذیر هستند. بنابراین با ترکیب مزایای ترموپلاستیک ها و الاستومرها به دسته جدیدی از مواد قابل چاپ می رسیم که نام آن ها الاستومرهای ترموپلاستیک (PTE) است.درجه الاستیسته در این مواد به نوع PTE و ساختار شیمیایی آن ها بستگی دارد.

ویژگی های فیلامنت PTE

• نرم و منعطف هستند
•  مقاومت عالی دربرابر خستگی
• خواص الکتریکی خوب
• میرای ارتعاش عالی
• استحکام ضربه بالا
•  مقاومت عالی در برابر مواد شیمیایی و هوازدگی
•  مقاومت خوب دربرابر پارگی و سایش
•  قابلیت بازیافت
• مقاوم در دماهای پایین و بالا
•  جذب شوک خوب

پیش نیازهای پرینت سه بعدی:

• دمای اکسترودر: 210-260 درجه سلسیوس ( متغیر )
• دمای صفحه چاپ: از دمای محیط تا 110 درجه سلسیوس
• سرعت پرینت: 5-30 mm/s ( بهتر است سرعت پایین نگه داشته شود مخصوصا در اپتدای کار )
• چسب صفحه پرینت: چسب های پرینتر، چسب های رولی یا اسپری مو پیشنهاد می شود
• سیستم اکسترودر: اکسترودر دایرک درایو ( Direct drive ) پیشنهاد می شود
• فن خنک کنند: استفاده از آن پیشنهاد می شود

چالش ها در پرینت سه بعدی فیلامنت منعطف :

• به دلیل نرم بودن TPE ها در کنترل اکسترودر ضعیف عمل می کنند.
•  PTE جاذب رطوبت است. اگر به درستی محافظت نشود، رطوبت را جذب می کند در نتیجه کیفیت جسم پرینت شده پایین می آید.
• فیلامنت PTE به حرکت های سریع حساس است و ممکن است فیلامنت هنگام فشار دادن در اکسترودرخم شود.

طبقه بندی:

فیلامنت PTE در 6 دسته بر اساس ساختار شیمیایی خود طبقه بندی می شوند. همچنین این فیلامنتها به دلیل مقادیر سختی shore نیز با یک دیگر تفاوت دارند.

• Thermoplastic polyurethane (TPU)
• Thermoplastic co-polyester (TPC)
• Thermoplastic polyamide (TPA)

مقایسه اکسترودر Bowden و Direct drive

در پرینتر سه بعدی FDMاز هردو اکسترودر مستقیم و بودِن ( Bowden & Direct drive ) استفاده می کند. اصول اولیه هردو یکسان است و تفاوت در محل نصب اکسترودر می باشد. در یک سیستم دایرک درایو ، اکسترودربر روی هد چاپ و در Bowden روی قاب پرینتر سه بعدی نصب می شود و فیلامنت از طریق یک لوله PTFE به هات اند می رسد. در ادامه به مقایسه این دو می پردازیم.

مزایای Direct drive

خروجی قابل اعتماد: از آنجایی که اکسترودر روی هد چاپ نصب شده است، موتور به راحتی می تواند فیلامنت را به نازل تحویل بدهد در نتیجه خروجی یکنواخت تر و قابل اعتماد تر و مشکلات کمتر در خروجی مواد از نازل داریم.

Retraction بهتر: چون که اکسترودرنزدیک به نازل است راحتتر می تواند فیلامنترا جمع کند.

موتور کم قدرت تر: به دلیل وجود فاصله ی کم بین اکسترودر و نازل، گشتاور کمتری برای هل دادن فیلامنت نیاز است.

تنوع بیشتر فیلامنت : با اکسترودر دایرکت درایو طیف وسیع تری از انواع فیلامنت را می توان پرینت کرد. مخصوصا کار با فیلامنتهای انعطاف پذیر در این اکسترودر راحت تر است.

معایب Direct drive

لرزش: با نصب اکسترودر بر روی هد چاپ وزن زیاد می شود. این اضافه وزن سرعت را محدود می کند و باعث تکان های بیشتر و کاهش دقت در حرکات محور های X و  Y می شود.

مشکل در تعمیر و نگه داری: با نصب اکسترودر روی هد چاپ ، به بعضی نقاط برای تعمیر و نگه داری، دسترسی نداریم. 

مزایای Bowden

حرکات بدون نقض: از آن جایی که اکسترودربه جای هد چاپ، روی قاب پرینتر سه بعدی نصب شده است. به همین دلیل وزن کمتری را تحمل می کند. وزن کمتر به معنای سرعت بیشتر، صدای کمتر و کیفیت بهتر است.

حجم ساخت بزرگتر: در یک سیستم Bowden می توان با نصب یک هد چاپ کوچکتر حجم ساخت بزرگتری داشته باشیم. البته این همیشه صادق نیست و به ساختمان پرینتر سه بعدی بستگی دارد.

معایب Bowden

موتور قدرتمند تر: از آنجایی که موتور، فیلامنت را در طول یک لوله بلند حرکت می دهد، اصطکاک مشخصی بین این دو به وجود می آید که به گشتاور بزرگتری برای کنترل فیلامنت نیاز دارد.

زمان پاسخ آهسته تر: وجود اصطکاک در لوله Bowden موجب تاخیر قابل توجهی بین اکسترودر و نازل می شود. بنابراین نیاز به شتاب بیشتری در خروجی و retractionدارند تا از Stringing  جلوگیری کنند و رسوب گذاری مناسبی داشته باشند.

پیچ خوردن مواد: بعضی از فیلامنت های منعطف و ساینده ممکن است در لوله Bowden پیچ بخورند یا خم شوند؛ مخصوصا در ورژن های قدمی تر پرینتر های سه بعدی.

ویژگی های فلامینت خوب چیست ؟

1- در صورتی که تحت حرارت قرار بگیرید از خود بویی متصاعد نکند.

2- داخل رشته های آن حباب هوا وجود نداشته باشد زیرا هنگام قرارگیری لایه های خروجی روی هم از ظرافت و دقت کار نهایی می کاهد.

3- با کیفیت و دقت بسته بندی شده باشد.

4- بدون هیچگونه گرد و غباری باشد.

5- به نسبت نوع جنس و کاربرد انعطاف پذیری خوبی داشته باشد.

6- بافت رنگی فیلامنت یکدست باشد کمرنگ و پررنگ نباشد.

7- سراسر فیلامنت دارای ضخامت یکسان باشد.