مقدمه
فیلامنتها یکی از عناصر اساسی در فرایند چاپ سه بعدی با پرینترهای سه بعدی FDM می‌باشند. انتخاب فیلامنت مناسب بسیار مهم است زیرا ویژگی‌های نهایی قطعه چاپ شده، تحت تاثیر مستقیم فیلامنت قرار می‌گیرد.
انواع مختلف فیلامنت‌های پرینتر سه بعدی، شامل فیلامنت‌های PLA, ABS, PETG, TPU, Nylon و... می‌باشند. هر کدام از این فیلامنتها، ویژگی‌های منحصر به فرد خود را دارند و برای کاری مناسب هستند که در ادامه با آنها آشنا می‌شوید.
به طور کلی، انتخاب فیلامنت مناسب باید با توجه به نیازها و خواسته‌های خاص هر پروژه صورت گیرد تا نتیجه نهایی، بهینه و مطابق با انتظارات به دست آید.
1) فیلامنت PLA
یکی از محبوب ترین و کاربردی‌ترین فیلامنت‌های پرینتر سه بعدی، در میان علاقه‌مندان به چاپ سه بعدی، فیلامنت PLA می‌باشد. PLA مخفف پلی لاکتیک اسید می‌باشد و از منابع طبیعی مانند نشاسته ذرت یا قند به عنوان ماده اولیه تولید می‌شود و جزو فیلامنت‌های زیست تخریب پذیر به حساب می‌آید.
این دسته از فیلامنت‌های پرینتر سه بعدی، نسبتا مقاوم و با استحکام بالا می‌باشد. PLA موادی با انعطاف پذیری کم می‌باشد در حالی که برای بسیاری از کاربردها عالی می‌باشد. توجه به این نکته مهم است که PLA می‌تواند هم در اثر نور خورشید طولانی مدت و هم تماس با آب آسیب ببیند. در حالی که PLA با دوام ترین فیلامنت نمی‌باشد ولی نسبتا سخت و مقاوم است و می‌توان آن را مقاوم‌تر کرد. فرایندی که در چند سال گذشته به عنوان بازپخت شناخته می‌شود و نوع مقاوم‌تر PLA+ را ایجاد کرده که مقاومتی بیشتر از PLA ایجاد می‌کند.
PLA به چند دلیل، انتخاب غالب برای چاپ سرگرمی می‌باشد. چاپ این فیلامنت آسان است و دمای بالایی برای چاپ نیاز ندارد و حتی نیاز به هیت‌بد نیز نمی‌باشد. این نوع از فیلامنت‌های پرینتر سه بعدی، برای چاپ نیاز به محفظه ندارند که از مزیت‌های آنها محسوب می‌شود.
دمای چاپ PLA معمولا بین 180 تا 220 درجه سانتی‌گراد می‌باشد. اگرچه برخی از برندها و ترکیبات پلیمری به دمای کمی بالاتری نیاز دارند. وجود یک هیت بد می‌تواند به چسبندگی مدل در هنگام استفاده از PLA کمک کند، اما نیاز اساسی نمی‌باشد.
یکی دیگر از ویژگی‌های این نوع از فیلامنت‌های پرینتر سه بعدی، تنوع رنگی آنها می‌باشد. شما می‌توانید PLA را در رنگ‌های مختلف از جمله رنگ‌های شفاف، مات و رنگ‌های جذاب دیگر تهیه کنید.
فیلامنت‌های PLA انواع مختلفی دارند که برخی از آنها در نظر کاربران محبوب‌تر می‌باشد که عبارت است از:
- فیلامنت چوب (Wood PLA)
یکی از پرطرفدارترین فیلامنت‌های پرینتر سه بعدی، فیلامنت چوب (Wood Filament) می‌باشد. این فیلامنت دارای ظاهر و بافتی شبیه به چوب است و در هنگام چاپ سه بعدی قطعات، می‌تواند حس چوب را به آنها ببخشد. در هنگام چاپ، فیلامنت چوب می‌تواند خطوطی مشابه تراکم و الگوی چوب بر روی مدل‌های سه بعدی ایجاد کند و به آنها زیبایی و واقعیت بیشتری ببخشد. این دسته از فیلامنت‌های پرینتر سه بعدی، تمامی خواص فیلامنت‌های PLA از جمله استحکام، پایداری، دمای چاپ و... را دارا می‌باشند.
فیلامنت‌های چوب برای چاپ در قطعات و مدل‌های دکوری، هدایای ویژه، مدل‌سازی معماری و ساخت اشیاء هنری به کار می‌روند.
- فیلامنت‌های ابریشمی (Silk PLA)
یکی از فیلامنت‌های جدید و با کیفیت از انواع فیلامنت‌های پرینتر سه بعدی، فیلامنت‌های ابریشمی (Silk Filament) درخشان و براق هستند. وجود لایه‌های درخشان به قطعات چاپ شده زیبایی و جذابیت بیشتری می‌بخشد و این فیلامنتها ظاهری شبیه ابریشم پیدا می‌کنند. رنگ‌های به کار رفته در این فیلامنت‌های پرینتر سه بعدی، بسیار پایدار هستند و در طول زمان تغییر رنگ چندانی نخواهند کرد. فیلامنت‌های ابریشمی به مدل‌ها طراوت و شفافیت بیشتری می‌بخشند و نوع چند رنگ آنها امروزه طرفداران زیادی را به خود اختصاص داده است.
فیلامنت‌های ابریشمی برای چاپ قطعات تزیینی، جواهرات، مدل‌ها و ساخت اشیا هنری بسیار مناسب است.
- فیلامنت شفاف (Transparent)
یکی از فیلامنت‌های پراستفاده در فیلامنت‌های پرینتر سه بعدی، فیلامنت شفاف می‌باشد. این فیلامنت به قطعات چاپ شده شفافیت بیشتری می‌بخشد و می‌تواند به آنها ظاهری زیبا و شفاف ببخشد.
به راحتی می‌توانید با این فیلامنتها قطعاتی که شکل هندسی پیچیده دارند را نیز چاپ کنید. فیلامنت شفاف برای قطعات دکوراتیو، شیشه‌های کوچک، بطری‌ها و لوازم تزئینی بسیار مناسب است.
2) فیلامنت ABS
یکی دیگر از فیلامنت‌های پرطرفدار و پرکاربرد در فیلامنت‌های پرینتر سه بعدی، فیلامنت ABS می‌باشد. ABS، یک فیلامنت محبوب برای سری ender3 می‌باشد. ABS مخفف اکریلونیتریل بوتادین استایرن است و یک پلیمر ترموپلاستیک محسوب می‌شود. علت محبوب بودن ABS، استحکام بالای این فیلامنت می‌باشد اما ایرادی که به آن وارد است، ناپایداری این فیلامنت می‌باشد و همچنین این فیلامنت، مستعد انقباض و تاب‌خوردگی است.
ABS معمولا به یک محفظه برای چاپ نیاز دارد تا به نتایج با کیفیت خوب دست یابد. یکی از معایب این دسته از فیلامنت‌های پرینتر سه بعدی، مشکل واریانس دما می‌باشد که باعث تاب برداشتن فیلامنت می‌شود. البته این مشکل را می‌توان تا حدودی با استفاده از گزینه Cures Draft Shield یا چیزی مشابه کاهش داد.
قطعات ساخته شده با ABS بسیار قوی و با استحکام هستند. یکی دیگر از مزیت‌های فیلامنت‌های ABS این است که آنها را می‌توان در محلول‌های خاصی به صورت شیمیایی به هم جوش داد تا اجسام بدون درز ایجاد کند.
3) فیلامنت PETG
یکی از فیلامنت‌های پرکاربرد در انواع فیلامنت‌های پرینتر سه بعدی، فیلامنت PETG می‌باشد. PETG مخفف پلی اتیلن ترفتالات گلیکول می‌باشد و ویژگی‌های مشابه فیلامنت PET دارد اما با اضافه کردن گلیکول به آن، شکل‌پذیری و قابلیت چاپ آن بهبود می‌یابد.
این دسته از فیلامنت‌های پرینتر سه بعدی، معمولا نیمه‌شفاف هستند و به همین دلیل مناسب برای بطری‌های پلاستیکی و سایر بسته‌بندی‌های مشابه هستند.
این فیلامنت، از لحاظ استحکام و دوام مشابه فیلامنت ABS می‌باشد اما انعطاف پذیری بیشتری دارد. دمای چاپ فیلامنت‌های PETG از 225 تا 260 درجه سانتی‌گراد می‌باشد و یکی از زیباترین و سرگرم کننده‌ترین فیلامنتها برای چاپ می‌باشد و برای صنایع غذایی مناسب می‌باشد.
یکی از معایب فیلامنت‌های PETG آن است که به سرعت رطوبت هوا را جذب می‌کنند به همین دلیل توصیه می‌شود که اگر قصد دارید آن را برای مدت طولانی نگهداری کنید پس از باز کردن در یک جعبه خشک نگهداری کنید.
4) فیلامنت TPE’S (TPU-TPC-TPE)
TPE ها یکی از دسته‌های فیلامنت‌های پرینتر سه بعدی و الاستومرهای پلاستیک هستند به این معنی که آنها پلاستیک‌های انعطاف پذیر هستند درحالی که استحکام خیلی زیادی ندارند. فیلامنت‌های TPU نیاز به دماهای شدید ندارند و به خوبی در حدود 210 تا 230 درجه سانتی‌گراد چاپ می‌شود. به طور کلی TPU با سرعت بسیار کمتری نسبت به سایر پلیمرها، چاپ می‌شود.
از جمله کاربردهای این فیلامنت از کفش گرفته تا بسیاری از قطعات انعطاف پذیر می‌باشد.
TPU ها در هنگام چاپ منقبض یا دچار تاب‌خوردگی نمی‌شوند بنابراین برای چاپ، به محفظه نیاز ندارند. از این 3 پلیمر، TPU بسیار رایج‌تر است زیرا مقاومت بالاتری در برابر قرار گرفتن در معرض اشعه فرابنفش و گرما دارد و تقریبا جزو 4 فیلامنت اصلی قرار می‌گیرد.
5) فیلامنت Nylon
یکی از انواع فیلامنت‌های پرینتر سه بعدی، Nylon می‌باشد. موادی که معمولا در پرینتر سه بعدی به روش هم‌جوشی پودری استفاده می‌شود ولی می‌توانید آنها را به صورت فیلامنت تهیه کنید.
همچنین قطعات چاپ شده از نایلون بسیار قوی، انعطاف پذیر و با دوام هستند که تقریبا به دمای نسبتا بالا از 240 تا 260 درجه سانتی‌گراد و هیت‌بد بین 70 تا 100 درجه سانتی‌گراد نیاز دارد.
این فیلامنتها دچار انقباض و تاب‌خوردگی می‌شوند، بنابراین برای چاپ به محفظه نیاز دارند. نایلون به دلیل استحکام و دوام بالایی که دارد برای چیزهایی مانند ابزار و قطعات مکانیکی کاربردی عالی است.
6) فیلامنت PC
یک فیلامنت پر کاربرد در دسته فیلامنت‌های پرینتر سه بعدی، فیلامنت PC می‌باشد. PC مخفف پلی کربنات می‌باشد ومی‌تواند قوی‌ترین فیلامنت در این لیست باشد. فیلامنت PC، ماهیت شفاف و دوام فوق‌العاده آن را برای مواردی مانند صفحه نمایش ایده‌آل می‌کند و حتی می‌توان آن را به شیشه ضد گلوله تبدیل کرد.
تنها ایراد فیلامنت‌های PC این است که دمای بالای مورد نیاز برای هیت‌بد شما 270 تا 310 درجه سانتی‌گراد است و به این معنی که حداقل دما برای چاپ این مواد خارج از محدوده اکثر چاپگرهای استوک است که در برخی موارد می‌توانید آن را به یک هیت بد با دمای بالاتر ارتقا دهید ولی این، کار ساده‌ای نمی‌باشد.
این فیلامنت نیز به راحتی دچار تاب‌خوردگی می‌شود، بنابراین به یک محفظه برای چاپ نیاز خواهید داشت . این فیلامنت هیدروسکوپی می‌باشد و به سرعت رطوبت هوا را جذب می‌کند و باید در جعبه خشک نگهداری شود.
7) فیلامنت ASA
یکی دیگر از انواع فیلامنت‌های پرینتر سه بعدی، فیلامنت ASA می‌باشد. این فیلامنت بسیار شبیه به ABS می‌باشد.ASA مخفف آکریلونیتریل، استایرن، آکریلیت می‌باشد. این فیلامنت مقاومت زیادی در برابر تغییرات آب و هوا و نور خورشید دارد. ASA قابلیت پرینت با سرعت بالا را دارد و مقاومت مکانیکی خوبی از خود نشان می‌دهد. این فیلامنتها در برابر مواد شیمیایی مختلف مثل روغن و مواد شیمیایی خورنده، مقاومت خوبی دارد. ASA قابلیت پس دوران بالایی دارد و می‌تواند، هندسه پیچیده را نیز پرینت کند.
8) فیلامنت HIPS
یکی از انواع فیلامنت‌های پرینتر سه بعدی، فیلامنت HIPS می‌باشد. HIPS مخفف (High Impact Polystyrene) می‌باشد. این فیلامنت از پلی‌استایرن تقویت شده ساخته شده است که به این فیلامنت خاصیت ضربه‌پذیری بالایی می‌بخشد. فیلامنت‌های HIPS، سختی مناسبی دارند و مقاومت خوبی در برابر شکستگی از خود نشان می‌دهند. دمای چاپ آنها حدود 220 تا 245 درجه سانتی‌گراد می‌باشد و سطحی صاف و قابل رنگ‌آمیزی ایجاد می‌کنند.
یکی از ویژگی‌های منحصر به فرد فیلامنت‌های HIPS، قابلیت حل شدن آنها در محلول لیمونن (Limonene) است. این ویژگی به عنوان یک مزیت در چاپ مدل‌هایی که به ساپورت نیاز دارند، محسوب می‌شود. بعد از چاپ ، ساپورت را می‌توان با قرار دادن در محلول لیمونن، حل کرده و آن را از قطعه اصلی جدا کرد. این مزیت برای دستگاه‌های دو نازله مناسب می‌باشد. به طور مثال قطعه اصلی را با فیلامنت ABS چاپ می‌کند و برای ساپورت، از فیلامنت HIPS، استفاده می‌کند.
این دسته از فیلامنت‌های پرینتر سه بعدی، در صنایع مختلف مانند خودروسازی، بسته‌بندی، تزئینات داخلی، مدل‌سازی و ساخت قطعات صنعتی است. یکی از معایب فیلامنت‌های HIPS، داشتن بخار زیاد و مضر در حین چاپ می‌باشد که نیاز به داشتن تهویه در محیط پیدا می‌کنند.
9) فیلامنت FC (فیبر کربن)
از کاربردی‌ترین فیلامنت‌های پرینتر سه بعدی، فیلامنت های فیبر کربن (Carbon Fiber)، با الیاف کربنی تقویت شده‌اند. انواع مختلفی از فیلامنتها مانند PLA، PETG، Nylon و ABS می‌توانند با الیاف کربن ترکیب شوند. فیلامنت‌های فیبر کربن دارای مقاومت بالا در برابر ضربه، استحکام بالا و سختی مناسبی هستند.
الیاف کربن به فیلامنت، استحکام و سفتی اضافه می‌کنند که منجر به مقاومت بالا در برابر تنش و فشار می‌شود. یکی از مزیت‌های فیلامنت‌های فیبر کربن، سبک وزن بودن آنها است. الیاف کربنی به فیلامنت وزن کمتری می‌دهند که در نتیجه قطعات چاپ شده با این فیلامنتها مناسب برای کاربردهایی مثل هوا و فضا، خودروسازی ، الکتریکی و ورزشی هستند.
قطعات چاپ شده با این دسته از فیلامنت‌های پرینتر سه بعدی، دارای ظاهری زیبا و منحصر به فرد هستند و به قطعات چاپ شده ظاهری زیبا و مات می‌بخشند.
نتیجه‌گیری و جمع‌بندی
فیلامنت‌های پرینتر سه بعدی، موادی هستند که به صورت استوانه‌ای و با قطر مشخصی تولید می‌شوند و برای چاپ سه بعدی استفاده می‌شوند. فیلامنتها معمولا از مواد پلاستیکی تهیه می‌شوند و می‌توانند در انواع رنگ‌ها و خواص مختلفی موجود باشند. فیلامنتها انواع مختلفی دارند که هر یک خواص و کاربرد ویژه‌ای دارد. پر کاربردترین آنها عبارتند از:
1) فیلامنت PLA
ویژگی‌ها: ضعیف‌ترین نقطه ذوب، ضعیف‌ترین مقاومت مکانیکی، قابلیت چاپ با سرعت بالا، قابلیت تجزیه طبیعی، بدون بو.
کاربردها: قطعات تزئینی، مدل‌های معماری، لوازم جانبی، اشیاء آموزشی
2) فیلامنت ABS
ویژگی‌ها: مقاومت مکانیکی بالا، مقاومت در برابر حرارت، ضربه‌پذیری، قابلیت تجزیه نیست، مقاومت شیمیایی متوسط
کاربردها: قطعات خودرو، محصولات صنعتی، قطعات الکترونیکی، لوازم خانگی.
3) فیلامنت ASA
ویژگی‌ها: مقاومت در برابر تغییرات آب و هوا، مقاومت مکانیکی بالا، مقاومت در برابر اشعه UV، قابلیت چاپ با سرعت بالا
کاربردها: قطعات خارجی با استفاده در فضای باز، قطعات خودرویی، لوازم خانگی
4) فیلامنت PC
ویژگی‌ها: مقاومت مکانیکی بالا، مقاومت در برابر حرارت، شفافیت بالا، ضربه‌پذیری، مقاومت شیمیایی بالا.
کاربردها: قطعات صنعتی، قطعات الکترونیکی، قطعات خودرو، قطعات پزشکی.
5) فیلامنت PETG
ویژگی‌ها: مقاومت مکانیکی خوب، شفافیت، مقاومت در برابر حرارت، قابلیت چاپ با سرعت بالا.
کاربردها: قطعات خودرو، قطعات الکترونیکی، اسکلت‌های درونی، قطعات مصرفی.
6) فیلامنت TPU
ویژگی‌ها: انعطاف‌پذیری بالا، مقاومت در برابر حرارت، مقاومت شیمیایی، مقاومت در برابر روغن و روانکاری.
کاربردها: روکش‌ها و پوشش‌ها، لاستیک‌های نرم، قطعات کششی و فشاری.
7) فیلامنت Nylon
ویژگی‌ها: مقاومت مکانیکی بالا، انعطاف‌پذیری، مقاومت در برابر فرسایش، مقاومت در برابر حرارت، مقاومت شیمیایی، جذب رطوبت.
کاربردها: قطعات صنعتی، قطعات خودرو، قطعات الکترونیکی، قطعات پزشکی، قطعات ورزشی.
8) فیلامنت HIPS
ویژگی‌ها: ضربه‌پذیری بالا، مقاوم در برابر شکستگی، حل شدن در محلول لیمونن، سطح صاف و قابل رنگ‌آمیزی
کاربردها: خودروسازی، بسته‌بندی، تزئینات داخلی، مدل‌سازی و ساخت قطعات صنعتی
9) فیلامنت FC (فیبرکربن)
ویژگی‌ها: مقاومت در برابر ضربه، سفتی و استحکام بالا، سبک وزن، مقاومت الکتریکی و حرارتی و ظاهری زیبا
کاربردها: هوا و فضا، خودروسازی، الکتریکی، صنایع نظامی و ماشین‌سازی
کاربران با توجه به ویژگی‌هایی مثل نوع دستگاه، قیمت، کاربرد، مزایا و معایب هر فیلامنت، فیلامنت مناسب خود را انتخاب می‌کنند. انتخاب مناسب فیلامنت برای کیفیت نهایی قطعه چاپ شده اهمیت زیادی دارد.
