فیلامنت چیست؟ معرفی کامل فیلامنت پرینتر 3 بعدی

فیلامنت چیست؟

در ابتدا بهتر است بدانیم که کلمه Filament در لغت به معنای رشته است، اما منظور، هر رشته‌ای نیست. در این مقاله، تمرکز ما بر روی فیلامنت پرینتر‌های سه بعدی است.

هر پرینتر‌ سه ‌بعدی، برای چاپ و ایجاد یک قطعه سه بعدی نیاز به مواد مصرفی دارد. اصلی ترین مواد مورد استفاده در چاپگرهای سه بعدی فیلامنت نامیده می‌شود. دلیل این نامگذاری، شکل ظاهری فیلامنت است. فیلامنت در واقع یک رشته ترموپلاستیکی است که انواع گوناگونی دارد و با ذوب شدن آن می‌توان قطعه سه بعدی ایجاد کرد. قطر این رشته های پلاستیکی معمولا 1.75 میلیمتر یا 3 میلیمتر است که هر کدام خواص مختلفی دارند و برای پرینت قطعه به وسیله‌ی آنها به دمای ذوب متفاوتی نیاز هست. در پرینتر سه بعدی، فیلامنت به وسیله اکسترودر کشیده شده، سپس با دمای معین ذوب می‌شود، بعد از طریق نازل، با قطر کمتری خارج شده و با ایجاد لایه‌های نازک از فیلامنت روی هم و سپس سرد شدن، شکل نهایی را ایجاد می‌کند. فیلامنت ها در انواع و رنگ های مختلف در بازار موجود هستند.

ساپورت یا پشتیبان چیست؟

ساپورت در واقع لایه اول، قبل از شروع پرینت است. ساپورتِ پرینتر سه بعدی زمانی کاربرد دارد که در مدلی که قصد چاپ آن را داریم، بیرون زدگی داشته باشیم و یا زاویه‌ی آن با یکی از محورهای X و Yو Z بیش از 45 درجه باشد. از آنجایی که در پرینتر سه بعدی، ساخت مدل به صورت لایه لایه انجام می‌شود، ساخت هر لایه نیازمند به لایه‌ی زیرین است. زمانی که در قسمتی از مدل چاپی (مثل خط افقی در حرف H و حرف T) هیچ لایه‌ای در زیر این خط وجود نداشته باشد، برای چاپ دقیق‌تر و تمیزتر، استفاده از ساپورت بهترین کار است.

انواع فیلامنت پرینتر سه بعدی

انواع مختلفی از فیلامنت‌ها بر اساس جنس و دمای ذوب وجود دارد. در ادامه به چند نمونه از آنها اشاره می‌کنیم.

• ABS
• PLA
• PET
• PETT
• Nylon
• PVA
• Sandstone
• Wood
• Metal
• HIPS
• Magnetic Iron
• Conductive
• Carbon Fiber
• TPE
• Glow in the Dark
• Amphora
• PC
• FLEXIBLE
• PETG
• TPU

در بین  انوع مختلف که در اینجا از آنها نام برده شد، نمونه هایی هستند که محبوبیت بیشتری دارند و به عنوان ساده ترین و پر کاربردترین فیلامنت‌ها به شمار می‌آیند. نمونه ABS , PLA  هر دو از محبوبترین‌ها در بین انواع فیلامنت‌ها هستند.

محبوبترین فیلامنت کدام است؟

دو مورد از پرکاربرد ترین و محبوبترین مواد جهت پرینت سه بعدی نمونه PLA , ABS است. اما چه تفاوت هایی بین این دو نمونه وجود دارد؟ آیا میتوان گفت یکی از آنها برتری نسبت به دیگری دارد؟

PLA

PLA یا Polylactic Acid (پلیلاکتید اسید) یک ماده ارزان و زیست تخریب پذیر، تولید شده از نشاسته ذرت و نیشکر و رایج برای چاپ سه بعدی است و بازیافت این فیلامنت به راحتی قابل انجام است. فیلامنت PLA در تمامی پرینترهای FDM استفاده می‌شود و بیشتر برای نمونه سازی سریع و کارهای پژوهشی و آموزشی کاربرد دارد. از کاربردهای دیگر این فیلامنت، دوخت و بخیه زنی پزشکی و ساخت ایمپلنت‌های جراحی (پین‌ها، میخ‌هاو ...) در دندان پزشکی است. این نوع فیلامنت به دلیل تنوع رنگی، برای ساخت قطعات تزیینی و ویترینی مناسب است. نمونه فیلامنت PLA  دمای ذوب پایینی دارد و بازه‌ی دمای آن بین 180 الی 230 درجه سانتی گراد است . به همین دلیل می‌توانید بدون داشتن هیت بد یا صفحه داغ از فیلامنت PLA استفاده کنید. با وجود اینکه یکی از محبوب ترین فیلامنت‌ها، نوع PLA  است با این حال برای همه کارها مناسب نیست. این فیلامنت، مقاومت چندانی در برابر ضربه ندارد.

ABS

متریال ABS یا (اکریلونیتریل بوتادین استارین) بر پایه‌ی نفت است. این فیلامنت ماندگاری بالایی با گذشت زمان و مقاومت زیادی در برابر ضربه دارد به همین دلیل برای قطعات کاربردی پیشنهاد می‌شود و محبوبیت خاصی بین افرادی که کار تخصصی انجام می‌دهند، دارد. این نمونه فیلامنت مقاومت فیزیکی بالایی دارد و یک پلاستیک محکم و مقاوم در برابر ضربه است. به دلیل مشخصه های ABS از آن به طور گسترده در ساخت لوازم جانبی خودرو استفاده می‌کنند. فیلامنت ABS برای انجام کارهای دقیق مناسب است و حتی بدون ساپورت نیز می‌تواند نمونه‌هایی با دقت بالا به ما بدهد. فیلامنت ABS همچنین به دلیل مقاومت بالا در برابر دما میتواند برای قطعاتی که در معرض ساییدگی هستند استفاده شود. در واقع ABS  نسبت به رقیب خود مقاومت بالایی در برابر فشار و دما از خود نشان می‌دهد. بازه‌ی دمای آن بین 210 الی 250 درجه سانتی گراد است. توجه داشته باشید، فیلامنت ABS وقتی در برابر حرارت قرار گیرد گازهای سمی از خود منتشر می‌کند که سرطان زا هستند. بنابرین برای استفاده از آن حتما باید پرینتر شما دارای محفظه باشد که گازهای منتشر شده از فیلامنت آسیبی به شما نزند. در غیر این ‌صورت لازم است در فضایی که تهویه مناسب داشته باشد از آن استفاده کنید.

                                                        قطعه نقره ای pla و مشکی abs تحت فشار و ضربه

تفاوت فیلامنت ABS و PLA

 فیلامنت ABS مقاومت بیشتری در برابر فشار و ضربه، نسبت به رقیب خود دارد. فیلامنت PLA دمای ذوب پایین‌تری دارد و به دلیل انبساط آن، بهتر است از این فیلامنت در دماهای بالا استفاده نشود. رنگ بندی نمونه PLA  بیشتر از نمونه دیگر است. فیلامنت PLA زیست تخریب پذیر است و به محیط زیست آسیب نمی‌رساند، در صورتی که فیلامنت ABS کاملا شیمیایی است و در طبیعت باقی می‌ماند. PLA انعطاف پذیری ندارد، در صورتی که ABS از انعطاف پذیری کمی برخوردار است. از نظر قیمت، هر دو نمونه در یک بازه قیمتی قرار دارند. برای خرید فیلامنت در نظر داشته باشید که از برند معتبر استفاده کنید و صرفا دنبال نمونه ارزانتر آن نروید چون با این کار ممکن است اکسترودر شما دچار گرفتگی شود و هزینه بیشتری را به شما تحمیل کند. کاربرد فیلامنت ABS در قطعات الکترونیک و قطعات مکانیکی که در معرض دمای بالایی قرار دارند، است اما از فیلامنت PLA در محصولات مصرفی معمولی و مدل‌های بزرگ استفاده می‌شود.

از دیگر انواع فیلامنت پرینتر سه بعدی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد

فیلامنت PET

 فیلامنت PET توسط سازمان FDA تأیید شده، همچنین بی ضرر، پایدار و 100% قابل بازیافت است. این فیلامنت در حالت خام بی رنگ است و وقتی در معرض گرما و سرما قرار می‌گیرد، غیر شفاف می‌شود. از موارد مصرف آن می‌توان؛ بطری‌های پلاستیکی روزمره و ظروف نگهداری مواد غذایی را نام برد.

فیلامنت نایلون (NYLON)

نام دیگر فیلامنت نایلون، PA است. پلیمری سنتزی که مقاوم‌تر، مقرون به صرفه‌تر و انعطاف پذیرتر از ABS و PLA است. بازه‌ی دمای آن بین 210 الی 250 درجه سانتی گراد است. کاربرد این فیلامنت در قطعات ماشین، ظروف، ابزارها و اجزای مکانیکی است. از ویژگی‌های جالب این فیلامنت این است که می‎توان آن را ذوب کرد و دوباره مورد استفاده قرار داد.

فیلامنت PVA

معمولا از آن به عنوان ماده‌ی پشتیبان یا ساپورت استفاده می‎شود و با پرینترهایی که دارای اکسترودر دوگانه هستند، بهتر کار می‌کند. بازه‌ی دمای آن بین 190 الی 220 درجه سانتی گراد است و بهتر است در دمای بالاتر از 200 درجه کار کند. استفاده‌ی معمول آن به صورت ساپورت در هنگام چاپ با ABS یا PLA است. این فیلامنت، زیست تخریب پذیر، غیر سمی و محلول در آب است؛ اما از معایب آن تأمین دشوار و هزینه نسبتا بالای آن است.

فیلامنت چوب (WOOD)

این فیلامنت، حاوی مخلوط دقیقی از چوب‌های بازیافت شده و یک پلیمر اتصال دهنده‌ی خاص است. معمولا به آن طرح چوب هم گفته می‌شود. این فیلامنت بسیار شبیه به چوب است و بوی چوب می‌دهد. در دماهای بالا، رنگ آن تیره‌تر می‌شود و با پایین و بالا کردن دما و کمرنگ و پر رنگ شدن لایه‌های فیلامنت چوب، شکلی شبیه به بافت تنه‌ی درخت تشکیل داده می‌شود. کاربرد این فیلامنت در ساخت دکوری و وسایل تزئینی است. از معایب آن، انعطاف کم و قابل شکست بودن آن است.

فیلامنت HIPS

ماده‌ی سفید رنگ، درخشان و زیست تخریب پذیری است که به عنوان ساپورت (پشتیبان) عالی عمل می‌کند. محلول بی رنگی به نام هیدرو کربن مایع به سرعت این فیلامنت را در خود حل می‌کند. بازه‌ی دمای آن بین 230 الی 250 درجه سانتی گراد است.

فیلامنت TPE

این فیلامنت، انعطاف پذیر، با دوام و دارای اندک خاصیت فنری است اما کار با آن دقت بسیار بالایی می‌خواهد. در نتیجه این فیلامنت برای استفاده‌ی مبتدیان و تازه کارها به هیچ وجه مناسب نیست. از جمله مهم‌ترین کاربرد آن، ساخت قاب گوشی است. بازه‌ی دمای آن بین 225 الی 235 است.

فیلامنت PC

فیلامنت PC یا پلی کربنات، از بالاترین استحکام میان متریال‌ها برخورد دار است. جذب رطوبت بالایی دارد، و این ویژگی می‌توان خواص آن را تا حدودی تغییر دهد. در نتیجه بسته بندی و نگهداری آن قبل از استفاده، به شدت توصیه می‎شود. بازه‌ی دمای این فیلامنت بین 80 الی 150 درجه سانتی گراد است و حساسیت به اشعه UV دارد.

چطور یک فیلامنت مناسب انتخاب کنیم؟

برای چاپ سه بعدی بعد از انتخاب پرینتر سه بعدی، انتخاب فیلامنت و مواد مصرفی مناسب، حائز اهمیت است. در مقابل پیشنهادات گسترده و تنوع زیاد فیلامنت چطور مناسب‌ترین را انتخاب کنیم؟

اگر در انتخاب فیلامنت مناسب دچار تردید شده‌اید و یا ابهاماتی در این زمینه دارید، ما در پارتینه به شما کمک می‌کنیم تا فیلامنت مناسب کارتان را تهیه کنید.

راهنمای خرید فیلامنت

• اولین پارامتر موثر در انتخاب فیلامنت، دستگاه پرینتر شماست. پس بهتر است مشخصات دستگاه خود را هنگام انتخاب فیلامنت مناسب به خاطر داشته باشید.
• از دیگر پارامتر مهم، قطر نازل استفاده شده در پرینتر است که معمولا سایز 1.75 مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ اما استفاده از سایر اندازه‌ها نیز ممکن است. نازل های برنجی بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند ولی اگر قرار است از مواد خورنده استفاده کنید، بهتر است جنس نازل شما، استیل یا استیل ضد زنگ باشد.
• پارامتر حائز اهمیت دیگر، بازه‌ی دمای ذوب فیلامنت است. حداقل و حداکثر دمای ذوب انواع فیلامنت متغیر است؛ برای مثال برای جنس PLA  دمای ذوب بین 180 تا 230 درجه سانتی گراد و برای ABS   بین 210 تا 250 درجه است.
• لازم است بدانید که بعد از پرینت، قطعه شما در کجا مورد استفاده قرار می‌گیرد؟ برای مثال اگر برای مواد غذایی استفاده می‌شود، لازم است از جنس pet استفاده شود. اگر می‌خواهید یک قطعه مقاوم در برابر ضربه داشته باشید باید از فیلامنت ABS  یا pc )پلی کربنات( استفاده کنید. ولی اگر یک قطعه منعطف نیاز دارید، استفاده از فیلامنت tpu  یا tpe  پیشنهاد می‌شود که قابلیت شکل پذیری داشته باشد.
• موارد دیگری نیز از جمله زیبایی وکیفیت فیلامنت را باید در نظر داشت. حال درباره زیبایی قطعه نهایی و شکل ظاهری آن باید بدانید که یک قطعه شفاف و صاف نیاز دارید یا قطعه مات؟ بنابر طیف گسترده‌ای از جنس فیلامنت موجود در بازار باید فیلامنت مناسب کار خود را پیدا کنید. از آنجایی کهجنس فیلامنت از نظر بافت و رنگ بر شکل نهایی تاثیر می‌گذارد. پس با دقت آن را انتخاب کنید. به غیر از رنگ و بافت، می‌خواهید سطح نهایی کار چگونه باشد؟ اگر ظرافت سطح برایتان مهم است باید لایه های نازک‌تری از فیلامنت روی هم قرار بگیرند یعنی از نازل با قطر کمتر استفاده کنید.
• سوال آخر این است که قصد کار در چه فضایی را دارید؟ آیا فیلامنتی که استفاده می‌کنید مناسب فضای بسته هست؟ فیلامنت هایی هستند که هنگام استفاده بوی نامطبوع و گازهای سمی تولید می‌کنند؛ پس مناسب کار در فضای بسته برای طولانی مدت نیستند. بنابراین اگر در فضای بسته کار می‌کنید بهتر است از نمونه های PLA , PHA , PET استفاده کنید که هیچ بویی هنگام ذوب شدن از آنها منتشر نمی‌شود.

در نهایت این شما هستید که باید تصمیم بگیرید از چه نوع فیلامنتی استفاده کنید؛ اما در نظر داشته باشید که در انتخاب فیلامنت، قیمت آن، آخرین موردی باشد که مورد توجه قرار می‌دهید. بهتر است اگر شک دارید ابتدا با تست چند فیلامنت آنها را با هم مقایسه کنید، تا نمونه ایده آل خود را بیابید. اگر تازه کار هستید و با این توضیحات هنوز هم نمی‌توانید تصمیم بگیرید که از کدام نوع استفاده کنید به شما فیلامنتPLA   را پیشنهاد می‌کنیم که از متداول‌ترین فیلامنت‌ها است و هنگام کار با آن دچار مشکل نمی شوید.

تاریخ انقضای filament ؟

فیلامنت‌ها نیز مانند بسیاری از مواد تاریخ مصرف دارند. این نوع مواد پلاستیکی در ارتباط با رطوبت، واکنش می‌دهند و دیگر قابل استفاده نیستند. با قرار دادن فیلامنت در محیط، رشته فیلامنت در اثر رطوبت هوا خشک و شکننده می‌شود. اگر فیلامنت را به صورت مکرر و با مقدار زیاد استفاده می‌کنید، کمتر نگران خراب شدن آن باشید در غیر این صورت سعی کنید هنگام خرید فیلامنت، بسته های 100 گرمی یا 500 گرمی را انتخاب کنید و از خرید بسته‌های یک کیلوگرمی اجتناب کنید. با این کار ضمن تهیه مقدار مورد نیاز فیلامنت و جلوگیری از خرابی آن، هزینه کمتری بابت خرید فیلامنت می‌پردازید.