فیلامنت

چاپ سه بعدی با فیلامنت‌‌های انعطاف‌پذیر یا الاستومرهای ترموپلاستیک [TPE]

3bowdi.com - Flexible Filaments

اینطور که به نظر می‌رسد این قابلیت سفارشی‌سازی در فرآیند تولید است که جهان را هدایت می‌کند. تولید محصولاتی که مطابق با انتظارات مشتری باشد، نیاز امروز بسیاری از کسب‌وکارهاست. پرینت سه بعدی به عنوان یکی از راه‌حل‌های اساسی این مسئله، سفارشی‌سازی را در سطوح کاملا جدیدی به نمایش گذاشته است.

وقتی صحبت از انعطاف‌پذیری به میان می‌آید، اجسام و اشیا لاستیکی در ذهن تداعی می‌شوند. اما آیا به راستی چاپ سه بعدی لاستیک امکان‌پذیر است؟ خیر. از این رو باید به دنبال جایگزینی بود که همانند لاستیک انعطاف‌پذیر است و همزمان می‌شود با چاپ سه بعدی آن را ساخت.

الاستومر و پلیمر دو دسته‌ مواد انعطاف‌پذیر هستند که ترکیب این دو با هم، دسته‌ی جدیدی از مواد انعطاف‌پذیر با قابلیت چاپ سه بعدی را می‌سازد. این ترکیب جدید، الاستومرهای ترموپلاستیک یا به اختصار (TPE) نام دارند. در این مقاله قصد داریم انواع مختلف TPE و نوع دیگری از فیلامنت‌‌های انعطاف‌پذیر تحت عنوان soft PLA را معرفی کنیم. امیدواریم با مطالعه‌ی این موارد بتوانید ایده‌ی بهتری در مورد اینکه کدام فیلامنت مورد نیاز شماست به دست آورید.

اساس دسته‌بندی برای فیلامنت‌های Flexible مختلف است. دو مورد از رایج‌ترین این دسته‌بندی‌ها یکی بر اساس ساختار شیمیایی و دیگری بر اساس درجه‌ی سختی است.

 

دسته‌بندی TPEها بر اساس درجه‌ی سختی

TPEها بر اساس درجه‌ی سختی در ۳ گروه زیر قرار می‌گیرند.

  • SHORE 00
  • SHORE A
  • SHORE D

SHORE 00 نماینده درجه سختی کمتر و SHORE D نماینده درجه سختی بیشتر است.

 

3bowdi.com -Classification of TPE grades according to their Shore hardness values

دسته‌بندی TPE‌ها بر اساس ساختار شیمیایی

TPEها  بر اساس ساختار شیمیایی به موارد زیر تقسیم می‌شوند.

  • پلی اورتان ترموپلاستیک (TPU)
  • کوپلی استر ترموپلاستیک (TPC)
  • پلی آمید ترموپلاستیک (TPA)

 

در ادامه انواع مختلف TPE و ویژگی‌های هر یک را بررسی می‌کنیم.

 

مروری بر ویژگی‌ها و مشخصات فیلامنت‌های TPE

همان‌طور که به آن اشاره شد، الاستومرهای ترموپلاستیک، پلیمرهایی هستند که خاصیت ارتجاعی از خود نشان می‌دهند. درجه‌ی الاستیسیته در مواد مختلف به نوع TPE و ساختار شیمیایی آن بستگی دارد.

 

ویژگی‌های عمومی فیلا‌منت‌های TPE

  • نرم و انعطاف‌پذیرند
  • در برابر فرسودگی مقاومند
  • خاصیت الکتریکی دارد.
  • استحکام بالایی دارند
  • در برابر مواد شیمیایی و هوا مقاومند
  • در برابر پارگی و سایش مقاومند
  • قابل بازیافت هستند
  • در برابر دماهای بالا و پایین مقاومند

 

پیش‌نیازهای چاپ سه بعدی با این فیلامنت

  • دمای اکسترودر: ۲۱۰ تا ۲۶۰ درجه سانتی‌‌گراد
  • دمای بستر چاپ: تا ۱۱۰ درجه سانتی‌گراد
  • سرعت چاپ: ۵ تا ۳۰ میلی‌متر بر ثانیه
  • چسبندگی صفحه چاپ: با نوار چسب یا اسپری
  • سیستم اکسترودر: Direct Drive
  • قابلیت‌های دیگر: مجهز به فن خنک‌کننده

 

چالش‌های پیش‌روی چاپ با این فیلا‌منت

  • نرمی و کشسانی فیلامنت
  • مستعد جذب رطوبت
  • حساس به حرکات سریع اکسترودر و امکان تراوش از طریق آن

 

مروری بر ویژگی‌ها و مشخصات فیلامنت‌های TPU

پلی‌اورتان ترموپلاستیک یا TPU رایج‌ترین نوع TPE است که در چاپ سه بعدی استفاده می‌شود. این فیلامنت در مقایسه با سایر فیلامنت‌‌های انعطاف‌پذیر، استحکام بیشتری از خود نشان می‌دهد. بنابراین فرآیند اکسترود با آن راحت‌تر انجام می‌شود. استحکام و دوام محصول نهایی به نسبت بالاتر است.

 

 

3bowdi.com - Phone cases made of TPU

 

ویژگی‌های عمومی فیلامنت‌های TPU

  • محدوده‌ی ارتجاعی بالایی دارد. (بین ۶۰۰-۷۰۰ ٪)
  • دارای درجه‌ی سختی بین 60 A تا 55 D است.
  • قابلیت چاپ عالی دارد.
  • محصول نهایی نیمه شفاف است.
  • در برابر روغن و گریس مقاوم است.
  • در برابر ساییدگی مقاوم است.

 

پیش‌نیازهای چاپ سه بعدی با این فیلامنت

  • دمای اکسترودر: ۲۱۰ تا ۲۳۰ درجه‌ی سانتی‌گراد
  • دمای بستر چاپ: تا ۶۰ درجه‌ی سانتی‌گراد
  • سرعت چاپ: ۵ تا ۳۰ میلی‌متر بر ثانیه
  • چسبندگی صفحه چاپ: با نوار Kapton
  • سیستم اکسترودر: Direct Drive
  • قابلیت‌های دیگر: مجهز به فن خنک‌کننده که البته برای لایه‌های اول توصیه نمی‌شود.

چالش‌های پیش‌روی چاپ با این فیلامنت

  • اگر درجه حرارت بیش از حد بالا باشد، فیلامنت رشته رشته می‌‌شود.
  • اگر دما خیلی پایین باشد، چسبندگی لایه ضعیف می‌شود.
  • مقاومت فیلامنت در برابر نور uv پایین است.

 

موارد مصرف و کاربردهای TPU

  • قابل استفاده در ساخت کفی کفش
  • کاربرد در تسمه‌های صنعتی
  • کاربرد در چکمه‌های اسکی

 

مروری بر ویژگی‌ها و مشخصات فیلامنت‌های TPC

کوپلی استر ترموپلاستیک (TPC) فیلامنتی است که دو بخش سخت و نرم دارند.

 

3bowdi.com - A part made of TPC

 

ویژگی‌های عمومی فیلامنت TPC

  • چگالی پایینی دارد.
  • الاستیسیته آن در محدوده‌ی ۳۵۰ تا ۵۳۰٪ است.
  • درجه سختی آن بین 40 تا 72D است.
  • مقاومت شیمیایی آن نسبتا خوب است.
  • استحکام بالایی دارد.
  • در برابر حرارت و دمای بالا مقاوم و پایدار است.

 

پیش‌نیازهای چاپ سه بعدی با TPC

  • دمای اکسترودر: ۲۲۰ تا ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد
  • دمای بستر چاپ: ۹۰ تا ۱۱۰ درجه‌ی سانتی‌گراد
  • سرعت چاپ: ۵ تا ۳۰ میلی‌متر بر ثانیه

 

چالش‌های پیش روی چاپ با این فیلامنت

قابلیت کشسانی کمتری دارد و نمی‌توان از آن برای تولید محصولات بسیار انعطاف‌پذیر استفاده کرد.

 

مروری بر ویژگی‌ها و مشخصات فیلامنت‌های TPA

پلی‌آمید ترموپلاستیک یا TPA یک کوپلیمر شیمیایی از ترکیب TPE و نایلون است. ترکیب نهایی یک بافت صاف و براق نایلونی با انعطاف‌پذیری بالا دارد.

 

 

3bowdi.com -A (huge) 3D printed golf ball

 

ویژگی‌های عمومی فیلامنت TPA

  • انعطاف‌پذیری بالایی دارد.
  • الاستیسیته آن در محدوده‌ی ۳۷۰ تا ۴۹۷٪ است.
  • درجه‌ی سختی بین 75 تا 63A دارد.
  • دوام فوق‌العاده‌ای دارد.
  • قابلیت چاپ خوبی دارد.
  • در برابر حرارت مقاوم است.
  • چسبندگی نسبتا خوبی به صفحه چاپ دارد.

 

پیش‌نیازهای چاپ سه بعدی با TPA

  • دمای اکسترودر: ۲۲۰ تا ۲۳۰ درجه سانتی‌گراد
  • دمای بستر چاپ: ۳۰ تا ۶۰ درجه سانتی‌گراد
  • سرعت چاپ: ۵ تا ۳۰ میلی‌متر بر ثانیه
  • چسبندگی صفحه چاپ: مبتنی بر PVA
  • سیستم اکسترودر: Direct Drive یا Bowden

 

چالش‌های پیش‌روی چاپ با این فیلامنت

از آنجایی که جذب رطوبت قوی دارند باید در مکان‌های خشک نگهداری شوند.

 

موارد مصرف و کاربردهای TPA

  • تجهیزات مورد نیاز در ورزش‌های زمستانی بویژه اسکی
  • قابل استفاده در توپ‌های گلف
  • محصولات پزشکی

 

مروری بر ویژگی‌ها و مشخصات فبلامنت‌های Soft PLA

Soft PLA به دسته‌ای از فیلامنت‌‌ها اطلاق می‌شود که از ترکیب فیلامنت‌هایی با انعطاف‌پذیری بالا ساخته می‌شوند. در مقایسه با سایرین، این فیلامنت‌ها استحکام و دوام بالاتری دارند. روند چاپ با این فیلامنت مشابه چاپ با PLA استاندارد است با این تفاوت که باید از سرعت چاپ پایین‌تر و دمای بستر بالاتر استفاده کرد.

 

3bowdi.com - Parts 3D printed using soft PLA

 

ویژگی‌های عمومی فیلامنت soft PLA

  • زیست تخریب‌پذیر است.
  • سختی بین 90 تا 92A دارد.
  • استحکام نسبتا بالایی دارد.
  • ماندگاری آن نسبتا خوب است.

 

پیش‌نیازهای چاپ سه بعدی با این فیلامنت

  • دمای اکسترودر: بین ۲۲۰ تا ۲۳۵ درجه‌ سانتی‌گراد
  • دمای بستر چاپ ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد
  • سرعت چاپ: ۱۰ تا ۳۰ میلی‌متر بر ثانیه
  • سیستم اکسترودر: Direct Drive یا Bowden

 

چالش‌های پیش روی این فیلامنت

به دلیل نرمی بیش از حد فیلامنت ممکن است مشکلاتی در حین اکسترود ایجاد شود.

 

موارد مصرف و کاربردهای این فیلامنت

  • کاربرد در ساخت فنر
  • کاربرد آن در ساخت کمربند

به طور کلی در خصوص کاربردهایی این فیلامنت‌ها می‌توان گفت انواع مختلف فیلامنت‌های انعطاف‌پذیر معمولا برای تولید قطعات خودرو، لوازم خانگی یا تجهیزات پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

با وجود همه مزایایی که فیلامنت‌‌های انعطاف‌پذیر دارند، اما با چالش‌‌های منحصربفردی روبرو هستند. پیچ و تاب خوردن و رشته رشته شدن از مشکلات رایج این نوع فیلامنت‌هاست. دانستن نکات زیر به شما کمک می‌کند تا حدود زیادی شانس مواجه شدن با این مشکلات را کاهش دهید.

 

استفاده از اکسترودرهای Direct Drive

رشته‌هایی که انعطاف‌پذیری نسبی دارند، با اکسترودرهای Bowden به خوبی کار می‌کنند. این در حالی است که رشته‌‌های کاملا انعطاف‌پذیر، برای اینکه بهترین خروجی را داشته باشند نیاز به اکسترودر Direct Drive دارند. چرا که فاصله‌ی بین چرخ‌دنده و منطقه مذاب در این اکسترودر تا حد امکان کوتاه است و فیلامنت به طور موثر نازل را تعذیه می‌کند. علاه‌بر این مسیری که از طریق آن فیلامنت به منطقه‌ی مذاب می‌رود به حدی تنگ و باریک است که از پیچ‌خوردگی فیلامنت در درون اکسترودر جلوگیری می‌شود. به این ترتیب چاپ فیلامنت‌‌های انعطاف‌پذیر با اکسترودر Direct Drive در مقابل اکسترودر Bowden بسیار موثرتر است. اگر از این مورد در چاپگرهای سه بعدی خود مطمئن نیستید حتما بررسی کنید تا ببینید اکسترودر چاپگر شما برای استفاده از فیلامنت‌‌های انطاف‌پذیر مناسب است یا خیر؟

تغذیه‌ی آهسته و پیوسته‌ی اکسترودر با فیلامنت

یافتن سرعت چاپ بهینه بسته به موادی که انتخاب می‌کنید بسیار مهم است. فیلامنت‌‌های انعطاف‌پذیر معمولا اکسترودر را با سرعت آهسته و پیوسته‌تری تغذیه می‌کنند. سرعت چاپ بالاتر باعث فشرده‌تر شدن فیلامنت و به احتمال زیاد مسدود شدن مسیر نازل می‌گردد. از آنجایی که کنترل تغییرات ناگهانی در سرعت چاپ بسیار دشوار است، چاپ آهسته و پیوسته بهترین رویکرد است.

 

کاهش مقاومت قرقره‌ی فیلامنت

همانطور که می‌دانید اکسترودر فیلامنت را به داخل نازل هدایت می‌کند. در نتیجه قرقره می‌چرخد تا رشته‌ی فیلامنت را باز کند. با این حال چون فیلامنت انعطاف‌پذیر است ممکن است مانند کش عمل کند و under extrusion به وقوع بپیوندد. چنانچه قرقره‌ی فیلامنت در بالا‌ چاپگر نصب شود، فیلامنت در جهت پایین حرکت می‌کند و بدون اینکه کش بیاید، مقاومت را کاهش می‌دهد.

 

تنظیم retraction (عقب‌نشینی) اکسترودر

برای اینکه پرینت سه بعدی با فیلامنت‌‌های انعطاف‌پذیر با موفقیت صورت گیرد باید تنظیمات retraction چاپگر خود را بهینه کنید. اگر فرآید پرینت سه بعدی با این فیلامنت‌‌ها شروع می‌شود بهتر است گزینه‌ی retraction را به طور کامل غیر فعال کنید. به این ترتیب می‌توانید روی یافتن سرعت و نرخ اکستروژن عالی تمرکز کنید. تنظیم retraction به شما این اطمینان را می‌دهد که مدل‌های خود را به طور قابل‌اعتمادتری چاپ کنید. همچنین این امکان فراهم است تا از هرگونه تراوش احتمالی فیلامت مذاب از انتهای داغ جلوگیری بعمل آورید.

همچنین با عمل coasting قادر خواهید بود فشار در نازل را هنگامی که فیلامنت به انتهای آن نزدیک می‌شود کاهش دهید. و به طور قابل توجهی امکان ایجاد حباب و رشته رشته شدن را کاهش دهید.

 

همچنین لازم است برای اینکه چاپ باکیفیت‌تری را تجربه کنید نکات زیر را به خاطر بسپارید:

۱. سرعت چاپ، برای لایه‌‌هایی که در ارتفاع پایین‌تری قرار دارند بهتر است در محدوده‌ی ۰.۱ تا ۰.۲ میلی‌متر باشد. زیرا این لایه‌‌ها به انعطاف‌پذیری و در نتیجه پلاستیک کمتری نیاز دارند.

۲. اگر یک قسمت انعطاف‌پذیر را طراحی کردید که باید روی شی دیگری قرار بگیرد، بهتر است از یک تلرانس منفی بین لایه‌‌ها استفاده کنید تا قسمت منعطف به خوبی روی جسم ثانویه قرار بگیرد.

 


پرسش‌های متداول پیرامون فیلامنت‌های انعطاف‌پذیر یا الاستومرهای ترموپلاستیک

 

فیلامنت انعطاف‌پذیر چیست؟ (?What is the flexible filament)

✔ فیلامنت‌های انعطاف‌پذیر، الاستومرهای ترموپلاستیک هستند که به اختصار TPE نامیده می‌شوند. این فیلامنت‌‌ها ترکیبی از خواص پلاستیک سفت و سخت و لاستیک را از خود نشان می‌دهند.

 

انعطاف‌پذیرترین فیلامنت کدام است؟ (?What is the most flexible filament)

✔ TPU انعطاف‌پذیرترین فیلامنتی است که وجود دارد. این فیلامنت با درجه‌ی سختی 60A در دسته‌ی مواد نرم و متوسط قرار می‌گیرد.

 

فیلامنت‌های انعطاف‌پذیر چه خواصی دارند؟ (?What is flexible filament good for)

✔ فیلامنت‌های انعطاف‌پذیر خاصیت ارتجاعی زیاد دارند. بادوام و مستحکم هستند. ضد احتراق و ضد باکتری هستند. از این رو ایمنی مواد غذایی را تامین می‌کنند.

 

آیا پرینتر‌های سه بعدی می‌توانند فیلامنت‌های انعطاف‌پذیر را چاپ کنند؟ (?Can 3D printers print flexible material)

✔ بله، پرینترهای سه بعدی می‌توانند می‌تواندد از فیلامنت‌‌های انعطاف‌پذیر برای پرینت استفاده کنند. پرینت سه بعدی با فیلامنت‌های انعطاف‌پذیر مانند TPU خواص منحصر به‌ فردی دارد که چاپ با فیلامنت‌‌های دیگر مانند PLA، ABS یا نایلون ندارد.

 

فیلامنت TPU برا چه مصارفی مفید است؟ (?What is TPU good for)

✔ معمولا برای ساخت ابزارهای خودرو، کالاهای ورزشی، ابزارهای برقی، کالاهای پزشکی، کفش، تسمه‌های متحرک، قایق‌های بادی، قاب تلفن همراه و … از این فیلامنت استفاده می‌شود.

 

کدام پرینترهای سه بعدی قادر به چاپ TPU هستند؟ (?Which 3D printers can print TPU)

✔ Creality Ender 3، Anycubib i3 Maga S و FlashForge Creator Pro از جمله پرینترهایی هستند که قادر به چاپ با فیلامنت TPU می‌باشند.

 

فیلامنت TPE برای چه مصارفی مفید است؟ (?What is TPE filament used for)

✔ برای چاپ هر چیزی که نیاز به مقاومت در برابر ضربه و لرزش دارد و در عین حال انعطاف‌پذر است از این فیلامنت استفاده می‌کنند.

 

تفاوت فیلامنت TPU و TPE چیست؟ (?What is the difference between TPU and TPE filament)

✔ TPU در واقع نوعی TPE است. چاپ با TPU آسان‌تر از چاپ با TPE است. طبق یک قاعده‌ی کلی می‌توان گفت اگر اجسام سنگین‌تر، سخت‌تر و بادوام‌تر می‌خواهید از فیلامنت TPU و اگر چاپ‌های سبک‌تر و نرم‌تر و انعطاف‌پذیرتر می‌خواهید فیلامنت TPE را انتخاب کنید.

بازگشت به لیست

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *