انواع فیلامنت پرینت سه بعدی مقاوم در برابر حرارت

دنیای چاپ سه‌بعدی به سرعت توسعه یافته و طیف گسترده‌ای از مواد را به ویژه برای عملیاتی که نیاز به مقاومت در برابر حرارت دارند، را به ارمغان آورده است. مواد پرینت سه‌بعدی مقاوم در برابر حرارت بسیار محبوب هستند زیرا به مهندسان اجازه می‌دهند قطعاتی را بسازند که می‌توانند در برابر دماهای بالا مقاومت کنند. فیلامنت پرینتر سه‌بعدی با دمای بالا در صنایعی مانند خودرو، هوافضا، الکترونیک و تولید صنعتی، برای تولید قطعاتی که باید فشار حرارتی بالایی را تحمل کنند، بسیار کاربردی است. مقاله زیر به توصیف موادی در پرینت سه بعدی می‌پردازد که با عنوان مواد مقاوم در برابر حرارت به بازار معرفی شده اند.

منظور از متریال پرینت سه بعدی مقاوم در برابر حرارت چیست؟

ماده چاپ سه بعدی مقاوم در برابر حرارت، نوعی ماده است که در شرایط خاص، در برابر دمای بیش از ۱۰۰ درجه سانتیگراد و در شرایط خاص تا ۲۵۰ درجه سانتیگراد یا بیشتر، بدون به خطر انداختن تمامیت مکانیکی خود، مقاومت می‌کند.

خواص کلیدی این مواد عبارتند از:

• مقاومت حرارتی: در دماهای بالا شکل خود را حفظ می‌کند.
• پایداری ابعادی: در حین پردازش پس از ساخت یا استفاده، دقت را حفظ می‌کند.
• مقاومت شیمیایی: مناسب برای محیط‌های خودرو و صنعتی، و استحکام کششی بالا که به ساختارهای عملکردی و پشتیبانی کمک می‌کند.

عمدتاً از مواد مقاوم در برابر حرارت در پرینت سه‌بعدی قطعات با دمای بالا برای کارهای چالش‌برانگیز استفاده می‌شود که شامل قطعات نزدیک موتورها و براکت‌ها در هواپیما یا قطعات الکترونیکی است که انتقال حرارت در آنها بسیار مهم است. همانطور که در مطالعه‌ای منتشر شده در Polymers MDPI، در سال 2022 آمده است، متریال پرینت سه‌بعدی مانند PEI و PEEK دمای تغییر شکل حرارتی (HDT) بیش از 200 درجه سانتیگراد را فراهم می‌کنند که آنها را برای نیازهای خودرو و هوافضا ایده‌آل می‌کنند. این نوع از مواد چاپ سه‌بعدی با دمای بالا برخلاف جایگزین‌های مناسبی برای موادی مانند PLA یا ABS  هستند که در دماهای پایین‌تر ضعیف یا تغییر شکل می‌دهند.

 

بهترین فیلامنت‌های پرینت سه بعدی با دمای بالا

انتخاب مواد مناسب برای پرینت سه‌بعدی با دمای بالا، هنگام ساخت قطعاتی که در برابر فشار، گرما یا شرایط کاری دشوار آسیب‌پذیر هستند، دارای اهمیت است. هر ماده‌ای دارای استحکام، مقاومت در برابر حرارت و معیارهای سازگاری خاصی است. در ادامه شش مورد از فیلامنت‌های چاپگر سه‌بعدی با تحمل دمای بالا را مورد بررسی قرار می دهیم.

1.PEEK (Polyether Ether Ketone)

یکی از نوآورانه‌ترین گزینه‌های فیلامنت چاپگر سه‌بعدی با دمای بالا است که امروزه در دسترس است. این ماده بیشترین مقاومت حرارتی را برای چاپ سه‌بعدی FDM فراهم می‌کند و مقاومت حرارتی آن تا 250 درجه سانتیگراد برای استفاده مداوم است.

این ویژگی باعث می‌شود که این ماده برای کاربردهای رایج در حوزه‌های خودرو، هوافضا و پزشکی واجد شرایط باشد. PEEK به دلیل مقاومت شیمیایی استثنایی، استحکام کششی و پایداری طولانی مدت شناخته شده است.

مزایا: مقاومت حرارتی فوق‌العاده عالی، استحکام فوق العاده، مقاومت شیمیایی و دوام طولانی مدت.

معایب: پرهزینه، نیاز به تنظیمات ویژه مواد چاپ پرینتر سه بعدی با محفظه ساخت محصور و اکسترودری با قابلیت تولید ۳۵۰ تا ۴۰۰ درجه سانتیگراد، عدم امکان ذوب و اکسترود به راحتی

2.(PEI (ULTM

ULTM، عنوان دیگری برای پلی‌اتریمید (PEI) است.این ماده پرینت سه‌بعدی مقاوم در برابر حرارت همچنین ترموپلاستیک صنعتی و کارآمدی است که در چاپ سه‌بعدی FDM و در صنایع تحت نظارت مانند مراقبت‌های بهداشتی و هوافضا مورد استفاده قرار می‌گیرد. PEI با داشتن HDT حدود ۲۱۰ درجه سانتیگراد و استحکام مکانیکی عالی، تعادل مناسبی بین قابلیت چاپ و عملکرد نسبت به PEEK برقرار می‌کند. این امر باعث می‌شود که برای ساخت عناصری که در آنها قابلیت اطمینان لازم است، مناسب باشد.

• مزایا: مقاومت حرارتی قوی، به طور طبیعی غیر قابل اشتعال، مناسب برای تنظیمات استریل و کنترل شده.
• معایب: هنوز به تنظیمات چاپگر با دمای بالا نیاز دارد؛ به اندازه سایر مواد سازگار نیست.

3.Polycarbonate (PC)

پلی کربنات یک ترموپلاستیک با کارایی بالا است که به دلیل مقاومت حرارتی (110 تا 150 درجه سانتیگراد) و استحکامش مورد توجه قرار گرفته است. این ماده شفاف تحت فشار مکانیکی به خوبی عمل می‌کند، بنابراین برای محفظه‌ها، پوشش‌های سبک و نمونه‌های اولیه کاربردی با کشش بالا ایده‌آل است.

 

 

فیلامنت پرینتر سه بعدی PC با دمای بالا معمولاً در چاپ سه بعدی حرفه‌ای با کاربردهای دمای بالا که نیازی به محدوده صنعتی PEI یا PEEK ندارند، استفاده می‌شود. علاوه بر این، در چاپ سه بعدی FDM و SLA نیز استفاده می‌شود و می‌تواند بیش از 90٪ نور را منتقل کند، به شفافیت شیشه است و عملاً نشکن است.

• مزایا: مقاومت در برابر ضربه، قدرتمند و از نظر نوری شفاف؛ بهترین گزینه برای نمونه‌های اولیه چالش برانگیز.
• معایب: نیاز به یک پرینتر محصور؛ در معرض تغییر شکل؛ جذب رطوبت بالا.

4.Nylon (with Glass or Carbon Fiber Fill)

مخلوط‌های نایلون (با پرکننده شیشه یا فیبر کربن)، به ویژه آنهایی که با فیبر کربن یا شیشه تقویت شده‌اند، استحکام کششی عالی و مقاومت حرارتی متوسط ​​تا ۱۲۰ درجه سانتیگراد را فراهم می‌کنند. ماده پرینت چاپگر سه‌بعدی سبک و مقاوم در برابر ضربه است؛ بنابراین، برای کاربردهایی که استحکام و تعادل حرارتی کلیدی هستند، مانند بوش‌ها، اجزای نهایی قوی، چرخ‌دنده‌ها و براکت‌هایی که نیاز به چقرمگی و انعطاف‌پذیری دارند، بهترین گزینه است.

• مزایا: قابل تنظیم، قوی و بادوام؛ انواع پر شده با کربن/شیشه ویژگی‌های حرارتی و مقاومتی را بهبود می‌بخشند.
• معایب: می‌تواند رطوبت را به سرعت جذب کند؛ برای نتایج ایده‌آل به نگهداری در جای خشک و خشک شدن قبل از پرینت نیاز دارد.

 

 

5.ABS

(اکریلونیتریل بوتادین استایرن) ABS یک ترموپلاستیک پرکاربرد است که می‌تواند تا دمای حدود ۱۰۰ درجه سانتیگراد را تحمل کند. این ماده چاپ سه‌بعدی مقاوم در برابر حرارت، یکی از مقرون‌به‌صرفه‌ترین گزینه‌ها برای نیازهای مواد پرینت سه‌بعدی است که شامل مقاومت حرارتی متوسط ​​​​است. ABS به طور گسترده در محفظه‌های مکانیکی، قطعات و سایر اجزای کاربردی استفاده می‌شود.

6.PETG

(انواع اصلاح‌شده) PETG حد وسط بین ABS و PLA را ارائه می‌دهد. PETG اصلاح‌شده مقاومت حرارتی کمی بهتری (معمولاً حدود ۸۰ تا ۹۰ درجه سانتیگراد) و چاپ آسان‌تری را ارائه می‌دهد. علاوه بر این، در برابر مواد شیمیایی مقاوم است و خمیدگی کمتری ایجاد می‌کند. این امر آن را به گزینه‌ای محبوب برای کاربردهای رایج مانند پوشش‌های الکتریکی و پوشش‌های مکانیکی تبدیل می‌کند.

یک پرینتر سه‌بعدی از چه ماده‌ای برای مقاومت در برابر حرارت استفاده می‌کند؟

سیستم‌های مدل‌سازی مبتنی بر رزین (SLA) و رسوب ذوبی (FDM) از مواد جداگانه‌ای برای مقاومت در برابر حرارت استفاده می‌کنند. معمولاً چاپگرهای FDM از رشته‌هایی مانند PC، PEEK و ABS استفاده می‌کنند. با این حال، چاپگرهای رزینی از فوتوپلیمرهای مقاوم در برابر حرارت استفاده می‌کنند. در زیر جدولی آمده است که مقایسه مواد را بر اساس سناریوی استفاده نشان می‌دهد:

کاربرد	نوع تکنولوژی	حداکثر دما	متریال
هوا فضا و اتومبیل	FDM	250+	PEEK
پزشکی و صنعتی	FDM	210	PEI/ULTEM
قطعات مکانیکی	FDM	150	PC
محفظه ها ، قطعات کاربردی	FDM	100	ABS
کاربرد های عمومی	FDM	90	PETG
قالب ها ، قطعات دقیق	SLA	200	Heat-Resin

عواملی که برای انتخاب بهترین ماده از نظر مقاومت حرارتی باید در نظر گرفته شوند

1. یک چاپگر سه بعدی از چه ماده‌ای استفاده می‌کند؟ این به محدوده دمایی چارچوب دستگاه، نوع اکسترودر و طراحی محفظه بستگی دارد.
2. دما و استحکام ماده: موادی را انتخاب کنید که بین استحکام مکانیکی و مقاومت در برابر حرارت برای استفاده شما تعادل برقرار کنند.
3. هزینه در مقابل عملکرد: مواد کارآمد گران هستند؛ در استفاده با حرارت بالا، خرابی و هزینه نگهداری کمتری دارند.

انتخاب ماده مناسب برای چاپ سه بعدی مقاوم در برابر حرارت، پرینت های خوبی را که در گرمای شدید دوام می‌آورند، تضمین می‌کند. بنابراین، همیشه محدودیت دمای ماده را با محیط فیزیکی قطعه خود مطابقت دهید.

چه چیزی یک چاپگر سه بعدی را قادر به پرینت در دمای بالا می‌کند؟

هر چاپگری پرینت سه بعدی فیلامنت‌های دما بالا را تأیید نمی‌کند. یک چاپگر باید به استانداردهای سخت‌افزاری دقیقی برای مدیریت مواد درجه صنعتی برسد.

Nozzle Temperature Range

فیلامنت‌های کارآمد به هات اند ی نیاز دارند که می‌توانند به دمای ۲۵۰ تا ۴۵۰ درجه سانتیگراد برسند. به عنوان مثال: ABS و PC تا ۲۴۰ تا ۲۸۰ درجه سانتیگراد و PEEK و PEI تا ۳۵۰ تا ۴۰۰ درجه سانتیگراد. یک سیستم فیلامنت چاپگر سه بعدی دما بالا باید از سنسورهای دما و یک هات اند تمام فلزی که برای قرار گرفتن طولانی مدت در معرض حرارت ارزیابی شده است، استفاده کند.

Heated Bed

کلید چسبندگی بستر و جلوگیری از خمیدگی، بستر چاپ گرم است و دمای ایده‌آل بستر پرینت با توجه به متریال متفاوت است:

•   PC: (100 تا 120)درجه سانتیگراد 
•  PEEK/PEI: (120 تا 160) درجه سانتیگراد
• ABS: (90 تا 110) درجه سانتیگراد

محفظه ساخت محصور پرینتر سه بعدی

محفظه‌ها دمای اتاق را ثابت نگه می‌دارند و این برای موادی که هنگام سرد شدن خیلی سریع، لب‌پریده یا کوچک می‌شوند، بسیار مهم است. با توجه به PEI یا PEEK، دمای محفظه 70 تا 90 درجه سانتیگراد به تأیید چسبندگی لایه کمک می‌کند.

سازگاری مواد

چاپگرها باید سخت‌افزاری متناسب با مواد زبر و مقاوم در برابر مواد شیمیایی داشته باشند. به عنوان مثال، PEEK برای مدیریت سختی فیلامنت به نازل‌های مقاوم (مثلاً فولاد سخت شده یا نوک یاقوتی) نیاز دارد. شرکت Creality مدل Creality K1 Max را ارائه می‌دهد که با فیلامنت‌های چاپگر سه‌بعدی با دمای بالا، دارای یک هات‌اند ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد، یک بستر گرم تا ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد و محفظه اختیاری، به کار می‌آید. این چاپگر سه‌بعدی برای مواد حرفه‌ای مانند پلی‌کربنات و نایلون تقویت‌شده مناسب است و ویژگی‌های آن به افراد این امکان را می‌دهد که قطعات بادوام را با دقت چاپ کنند.

کاربردهای رایج پرینت سه بعدی با دمای بالا

مواد چاپ سه بعدی مقاوم در برابر حرارت در چندین بخش استفاده می شود:

 

صنعت	مثال کاربردی
هوا فضا	پایه های داخلی،داکت ها، ابزار های نگهدارنده
اتومبیل	عناصر زیر کاپوت ماشین
الکترونیک	محفظه های عایق ، پایه های PCB
تولید	قالب ها، Gigs & Fixtures
پزشکی	ابزار های استرلیزه ، ایمپلنت های سفارشی

نکاتی برای پرینت سه بعدی مواد با دمای بالا

برای چاپ موفقیت‌آمیز مواد چاپ سه‌بعدی، توجه دقیق به جو و تنظیمات لازم است. به نکات زیر توجه کنید:

دمای جو را مدیریت کنید: از یک محفظه برای جلوگیری از خم شدن و جدا شدن لایه استفاده کنید.

از اتصال بستر مناسب استفاده کنید: چسب‌های چسبنده یا ورق‌های PEI اتصال موادی مانند PC و ABS را بهبود می‌بخشند.

با دقت کالیبره کنید: ارتفاع نازل، جمع شدن و تنظیمات خنک‌کننده را برای نتایج ایده‌آل تنظیم کنید.

محل کار را تهویه کنید: فیلامنت‌هایی مانند نایلون و ABS ممکن است بخار تولید کنند.

فیلامنت را خشک کنید: فیلامنت‌های حساس به رطوبت (مانند نایلون) قبل از استفاده نیاز به خشک شدن دارند.

در حالی که صنایعی مانند تولید خودرو و مهندسی هوافضا پذیرش فناوری چاپ سه‌بعدی را گسترش می‌دهند، مواد چاپ سه‌بعدی مقاوم در برابر حرارت به طور فزاینده‌ای مورد نیاز هستند. بنابراین، انتخاب ماده صحیح برای چاپ سه‌بعدی با توجه به نیازهای خاص استفاده شما، شامل فشار مکانیکی، تحمل دما و شرایط محیطی بستگی دارد.

منبع