چه چیزی باعث میشود پلی اتر اتر کتون (PEEK) و پلی اتر ایمید (PEI) به عنوان موادی بسیار خاص در نظر گرفته شود؟
یکی از دلایل محبوبیت چاپ سه بعدی با استفاده از فناوری FDM تنوع فیلامنت هایی است که امروزه در بازار به میزان بسیار فراوانی یافت میشود و شما می‌توانید با توجه به خواص مکانیکی مورد نیاز محصول مورد نظر خود را انتخاب کنید و یا در نهایت ماده ای را انتخاب کنید که ظاهری زیبا به محصول شما می بخشد. به طور کلی چاپ سه بعدی با فناوری FDM دوام چندان زیادی ندارد اما ممکن است این موضوع با توسعه انواعی از فیلامنت های بسیار قوی با عملکرد بالا همانند پلی اتر اتر کتون و پلی اتر ایمید تغییر پیدا کند. فیلامنت های نام برده شده از چه ویژگی هایی برخوردار می باشند که در سایر فیلامنت ها نمی توان آنها را یافت و آیا استفاده از آنها در طی چاپ سه بعدی با چالش‌هایی نیز همراه است؟
پلی اتر اتر کتون و پلی اتر ایمید به چه موادی گفته می شود؟
به طور کلی پلی اتر اتر کتون و پلی اتر ایمید یکی از زیرشاخه های گروه های شیمیایی پلی آری لتر کتون می باشند. این گروه شیمیایی به یکی از انواع پلاستیک های نیمه بلوری گفته می شود که به دلیل پایداری در دمای بسیار بالا و استحکام مکانیکی بی‌نظیر خود معروف است و علاوه بر آن می‌توان عنوان کرد که این مواد مقاومت خوبی در برابر تعدادی از فاکتورهای محیطی و ترکیبات شیمیایی دارند، می توانند فشار طولانی مدت و یا سنگینی را تحمل کنند و در طی چاپ مواد سمی را از خود آزاد نمی‌کنند و این درحالی است که سوزانده شوند و یا در دمای ذوب قرار داشته باشند. پلی اتر اتر کتون که با نام اختصاری PEEK نیز نامیده میشود با بسپارش مرحله ای شکل می گیرد که معمولاً در دمای بسیار بالاست و دمای کارکردی آن تا ۲۵۰ درجه سانتیگراد نیز می‌رسد. از سایر خواص ماده نامبرده شده می‌توان به مقاومت بسیار بالا در برابر زیست تخریب پذیری و شرایط پایدار شیمیایی در محیط های آبی و ارگانیک اشاره کرد و علاوه بر آن فیلامنت نام برده شده از استحکام کششی ۹۰ تا ۱۰۰ مگاپاسکال و ضریب یونگ برابر با ۳.۶ گیگا پاسکال برخوردار می باشد. فیلامنت نام برده شده برای چاپ سه بعدی استفاده شود و به صورت پودری در مکان‌های مختلف قابل یافته بود و با استفاده از روش SLS امکان انجام چاپ سه بعدی با استفاده از این ماده وجود داشت. پیشرفت های اخیر به وجود آمده در فناوری روز نرانی باعث شده است تا دو فیلامنت نام برده شده به عنوان موادی بسیار کاربردی در چاپ فیلامنتی مورد استفاده قرار گیرند. پلی اتر ایمید که با نام اختصاری PEI نشان داده میشود نوعی پلاستیک بدون شکل می باشد که رنگی مایل به شفاف دارند و علاوه بر آن از خواص الکترونیکی بسیار بالایی برخوردار است، خواص شیمیایی مناسبی دارد و استحکام آن نیز بالا می باشد.
چه تفاوتی بین پلی اتر اتر کتون و پلی اتر ایمید وجود دارد؟
مواد یاد شده از خواص شیمیایی و مکانیکی بسیار ایده آلی برخوردارند که باعث میشود تا در مقایسه با اکریلو نیتریل بوتادین استایرن و یا فیلامنت های پلی لاکتیک اسید بسیار برتر باشند که همگی برای چاپ سه بعدی بکار برده میشوند ولی چه تفاوت هایی بین آنها وجود دارد؟
- قیمت: یکی از مهمترین نکاتی که در خرید یکی از دو فیلامنت نام برده شده به چشم می‌آید قیمت آنها می‌تواند باشد اما در هر صورت هر دوی آنها در مقایسه با اکریلونیتریل بوتادین استایرن و یا پلی لاکتیک اسید از قیمت بسیار بیشتری برخوردارند. اگر شما پروژه ای را می‌خواهید چاپ کنید که به استحکام و مقاومت گرمایی زیادی نیاز دارد در نتیجه پلی اتر ایمید به صرفه ترین گزینه مناسب برای شما خواهد بود ولی در قسمتهای بعدی مشاهده می کنیم که پلی اتر اتر کتون قابلیت اطمینان پذیری بیشتری دارد.
- پایداری گرمایی: فیلامنت ها نام برده شده از دمای انتقال شیشه ای و دمای ذوب بالایی برخوردارند و این در حالیست که بخواهیم آنها را با فیلامنت های معمول به کار برده شده در چاپ سه بعدی مقایسه کنیم. به عنوان مثال می توان تعدادی از فیلامنت ها را نام برد که در دمای بالا چاپ میشود همانند اکریلونیتریل بوتادین استایرن و نایلون. همین مورد باعث میشود تا پلی اتر اتر کتون و پلی اتر ایمید به‌عنوان مواد بسیار ایده آلی برای تولید قطعات مهندسی به کار برده شوند که باید در معرض سایش بسیار زیادی قرار بگیرد و تجهیزات پزشکی که به صورت منظم باید اتوکلاو شوند. اگر بخواهیم مواد یاد شده را با یکدیگر مقایسه کنیم متوجه می‌شویم که پلی اتر اتر کتون در دماهای بالاتر نیز همچنان پایداری خود را حفظ خواهد کرد و پلی اتر ایمید دمای ذوبی برابر با ۲۴۰ درجه سانتیگراد دارد و دمای انتقال شیشه‌ای نیز در آن برابر با ۲۱۷ درجه سانتیگراد می باشد. از طرف دیگر نقطه ذوب پلی اتر اتر کتون برابر با ۴۰ درجه سانتیگراد و دمای انتقال شیشه‌ای نیز در این فیلامنت برابر با ۲۵۰ درجه سانتی گراد می باشد. البته تمامی مقادیر عنوان شده ممکن است با توجه به نوع برند کاربردی شما متفاوت باشد اما ویژگی هایی در آن مشابه خواهد بود.
- استحکام مکانیکی: خواص مکانیکی دو فیلامنت نامبرده شده همانند پایداری گرمای آنها در مقایسه با سایر فیلامنت های کاربردی در چاپ سه بعدی بسیار بهتر می باشد و حتی گزینه‌های همانند نایلون و یا پلی اتیلن ترفتالات های تغییر یافته به کمک گلیکول نیز قابل مقایسه با این نوع از فیلامنتها نیستند. مقادیر پیش رو ممکن است با توجه به نوع برند کاربردی شما متفاوت باشند اما به طور کلی فیلامنت های پلی اتر اتر کتون از استحکام کششی برابر با ۹۰ تا ۱۰۰ مگاپاسکال و ضریب یونگ برابر با ۳.۶ گیگا پاسکال برخوردارند و در مقایسه با آن پلی اتر ایمید استحکام کششی برابر با ۸۵ مگاپاسکال و ضریب ۳.۲ گیگاپاسکال دارد. این بدین معنی است که پلی اتر اتر کتون در مقایسه با مورد نام برده شده قوی تر و سخت تر می باشد. تفاوت های بین دو فیلامنت نام برده شده ممکن است خیلی محسوس نباشد ولی در صورتی که شما می‌خواهید محصولی را با استفاده از روش چاپ سه بعدی برای مصارف مهندسی بسازید حتماً باید به این تمایزات دقت کنید.
- دسترسی پذیری: دسترسی پذیری به پلی اتر اتر کتون در مقایسه با مورد دوم کمی بیشتر می‌باشد زیرا مصارف زیادی در چاپ SLS دارد و این بدین معنی است که شما گزینه های بیشتری از بین فیلامنت های پلی اتر اتر کتون دارید حتی انواعی که ساخته شرکت های بزرگ با برندهای محبوب می باشند. رشته های یاد شده از طریق فرآیندهای متفاوتی ساخته میشوند و افزودنی های متفاوتی نیز به آنها اضافه میشود بنابراین شما تنوع بسیار زیادی را در بین فیلامنت های نام برده شده در بازار پیدا می کنید. در مقابل آن فیلامنت های پلی اتر ایمید بیشتر دارای برند ULTEM می باشند و از آنجایی که رزین های یکسانی به عنوان منبع اصلی برای تولید این فیلامنت ها کار برده می شود در نهایت خواص مکانیکی و شیمیایی آنها نیز با یکدیگر مشابه خواهد بود.
چه چالش هایی در چاپ فیلامنت های پلی اتر اتر کتون و پلی اتر ایمید وجود دارد؟
اگرچه دو فیلامنت نام برده شده از مزایای بسیار زیادی برخوردارند اما به ندرت می‌توان یک فرد حرفه‌ای و یا اماتور را پیدا کرد که تجربه زیادی در پرینت سه بعدی با این دسته از فیلامنت ها داشته باشد ولی دلیل آن چیست؟ در این قسمت می توانیم به این سوال پاسخ دهیم.
- دسترسی پذیری به چاپگرهای سازگار: همانطور که پیش از این نیز عنوان شد پلی اتیلن در دمای نزدیک به ۳۷۵ درجه سانتیگراد چاپ میشود و این درحالی است که دمای روزنران برای پلی اتر ایمید باید تا حدود ۴۰ درجه سانتیگراد باشد بنابراین باید آنها را به روی زمینه هایی چاپ نموده که دمای حدود بین ۱۲۰ تا ۱۵۰ درجه سانتیگراد دارند. در نهایت می‌توان عنوان کرد که این نیازمندیها فراتر از توانمندی بسیاری از چاپگرهای سه‌بعدی می باشند به خصوص آنهایی که برای مصارف رومیزی به کار برده میشود.
- کنترل دما: از آنجایی که هر دو فیلامنت نامبرده شده در دمای بسیار بالای چاپ میشوند بنابراین این احتمال وجود دارد که فشار گرمایی بیشتری نیز بر آنها وارد شود و این درحالی است که فیلامنت بسیار سریع خنک میشود. بنابراین شما به اتاقک ویژه نیاز دارید تا بتوانید دمای داخلی را برای فیلامنت مورد نظر خود ثابت کنید.
- قیمت بالا: مطابق با آنچه که پیش از این نیز عنوان شد فیلامنت های مورد نظر از قیمت بالایی برخوردارند و به همین دلیل به میزان زیادی مورد استفاده قرار نمی گیرند و علاوه بر آن فقط تعدادی از چاپگرهای سه بعدی به گونه ای طراحی شده اند که سازگاری کامل را با این فیلامنت ها داشته باشند.
نتیجه گیری
نمی توان هیچ گاه چاپ سه بعدی را به عنوان یک روند تفریحی در نظر گرفت بلکه نوعی روش تولیدی بسیار متنوع می باشد که دارای مصارف صنعتی زیادی است. اگرچه امروزه به دلیل وجود تمامی فیلامنت های رایج و ارزان قیمتی که در بازار وجود دارد عده زیادی به چاپ سه بعدی به عنوان یک روند تفریحی نگاه می کند. از طرف دیگر دو فیلامنت نام برده شده در این قسمت به خوبی می‌توانند توانمندی‌های چاپ سه بعدی را نمایش دهند. اگر چه این دو مورد مشکلات فنی بسیار زیادی دارند اما هر دو جز فیلامنت های بسیار قابل اعتماد و مناسب به کار در نظر گرفته میشوند که برای تولید قطعات حیاتی در مهندسی و هوافضا به کار برده می شود.
مترجم: ف.ال احمد
