بررسی فیلامنت ها در برابر نور خورشید

فیلامنت های مناسب و نامناسب برای قرارگیری در معرض نور خورشید و محیط خارج از خانه

یکی از نکات بسیار جالب و حائز اهمیت در خصوص چاپ سه بعدی در این مورد خلاصه می‌شود که این ماشین ها از انجام بسیار سریع نمونه سازی محصولات به انواعی از سیستم ها تبدیل شدند که قدرت تولید محصولات کاربردی و علاوه بر آن محصولات زینتی را برای مصرف روزانه ما دارند. در حالیکه چاپ سه بعدی با استفاده از فیلامنت های پلی لاکتیک اسید و ماشین‌های FDM و یا چاپ فیلامنت‌های رزین استاندارد با استفاده از ماشین‌های SLA می تواند در داخل خانه مدت بسیار زیادی طول بکشد اما استفاده از آنها در محیط باز می‌تواند کمی دشوارتر هم باشد. در این مقاله به انواع محصولات تولیدی با استفاده از روش چاپ سه بعدی می‌پردازیم و فیلامنت هایی را معرفی می کنیم که می توانند به خوبی شرایط سخت آب و هوایی را تحمل کنند و در حقیقت در محیط خارج از خانه به کار برده شوند.

بهترین فیلامنت های چاپ سه بعدی برای به کارگیری در محیط خارج از خانه

این لیست به گونه ای تنظیم شده است که بهترین مواد در گزینه‌های اولیه قرار گرفته اند و این درحالی است که پلی اتیلن ترفتالات های تغییر یافته به کمک گلیکول و آکریلونیتریل استایرن آکریلات می توانند در گزینه یک و یا دو با توجه به نوع چاپگر کاربردی شما مورد استفاده قرار گیرند.

• پلی اتیلن ترفتالات های تغییر یافته به کمک گلیکول: پلی اتیلن ترفتالات های تغییر یافته به کمک گلیکولی و سایر کوپلی استرهای موجود همگی گزینه های بسیار مناسبی برای تولید محصولاتی برای محیط خارج از خانه با استفاده از روش چاپ سه بعدی می باشند. ماده نام برده شده مقاومت زیادی در برابر اشعه فرابنفش دارد و علاوه بر آن استحکام کششی آن به اندازه اکریلونیتریل بوتادین استایرن بالا می باشد اما چاپ با استفاده از این فیلامنت ها بسیار ساده تر است زیرا دمای چاپ آنها به مراتب پایین تر است. علاوه بر آن فیلامنت های نام برده شده از قابلیت زیست تخریب پذیری و بازیافتی برخوردارند بر خلاف اکریلونیتریل بوتادین استایرن و آکریلونیتریل استایرن آکریلات. این احتمال وجود دارد که فیلامنت های نامبرده شده با قرارگیری طولانی مدت در معرض نور خورشید رنگ خود را از دست بدهند ولی این موضوع وابستگی بسیار زیادی به میزان آسیبی دارد که نور خورشید به آنها وارد کرده است.

• آکریلونیتریل استایرن آکریلات که با نام اختصاری ASA نیز نشان داده می شود، از لحاظ مکانیکی و خواص کلی شباهت بسیار زیادی با اکریلونیتریل بوتادین استایرن دارد با این تفاوت که این مواد از مقاومت بسیار خوبی در برابر اشعه بنفش نیز برخوردارند. این دسته از فیلامنت ها در مقایسه با اکریلونیتریل بوتادین استایرن مقاومت بسیار بالاتری در معرض اشعه فرابنفش دارند و به همین دلیل می‌توان آنها را به منظور تولید محصولاتی به کار برد که در معرض نور مستقیم خورشید، باران و یا باد قرار می‌گیرند بدون آنکه هیچ گونه زوال کیفی و یا تغییر رنگی در آنها به وجود بیاید. این مورد فقط در خصوص فیلامنت‌های آکریلونیتریل استایرن آکریلات خالص و رنگ شده صدق میکند. البته چاپ با این گروه از فیلامنت ها در مقایسه با اکریلونیتریل بوتادین استایرن کمی سخت تر است اما در صورتی که شما محصولی را تولید می کنید که باید کل روز در مقابل نور خورشید قرار بگیرد بنابراین ارزش آن را دارد که شما این نوع از فیلامنت‌ها را انتخاب کنید زیرا دوام بالاتری داشته و محصول نهایی مورد نظر شما نیز از اطمینان پذیری بالاتری برخوردار می باشد.

• پلی کربنات: چاپ فیلامنت های پلی کربنات برای اکثر چاپگرهای سه بعدی کاری بسیار دشوار به نظر می رسد زیرا نحوه رفتار این دسته از فیلامنت ها در مقایسه با پلی لاکتیک اسید و یا حتی اکریلونیتریل بوتادین استایرن در طی روز نرانی بسیار متفاوت است. این مواد پلاستیک های بسیار بادوامی شمار می آیند که استحکام کششی و دوام مکانیکی آنها در مقایسه با اکریلونیتریل بوتادین استایرن بسیار بالاتر است و علاوه بر آن می‌توان عنوان کرد که این مواد مقاومت بسیار زیادی در برابر اشعه فرابنفش دارند و به همین دلیل کاندیدایی بسیار ایده آل برای چاپ انواع محصولات کاربردی و مقاوم در برابر تغییرات آب و هوایی هستند.

• الاستومر ترموپلاستیک که با نام اختصاری TPE نیز نشان داده می‌شود را می‌توان به راحتی در معرض نور خورشید و یا برای تولید محصولاتی برای محیط خارج از خانه به کار برد. این ترموپلاستیک ها از خاصیت بازیافت پذیری و سازگاری با محیط زیست نیز برخوردارند و بیشترین شهرت آنها به دلیل ویژگی های لاستیک مانند در این مواد می باشد. به طور معمول انواع چاپگرهای سه بعدی پیشرفته تر می توانند محصولات متناسبی را از این دسته از ترموپلاستیک تولید کنند. اگر چاپ سه بعدی با استفاده از الاستومرهای ترموپلاستیک برای شما دشوار بود به احتمال بسیار زیادی نیاز به ایجاد تغییراتی در پرینتر مصرفی خود دارید.

• اکریلونیتریل بوتادین استایرن: اکریلونیتریل بوتادین استایرن در مقایسه با پلی لاکتیک اسید از دمای انتقال شیشه ای بسیار بالایی برخوردار است و علاوه بر آن تجزیه ناشی از قرارگیری در برابر اشعه فرابنفش در این مواد نیز در مقایسه با پلی لاکتیک اسید ها بسیار کمتر صورت می گیرد. همچنین می‌توان عنوان کرد که این دسته از فیلامنت ها به دلیل خواص مکانیکی خود و به عنوان نوعی پلاستیک با درجه مهندسی شناخته می‌شود. اما یکی از بزرگترین ضعف های این فیلامنت ها که قابل اغماض نمی باشد امکان تغییر رنگ آن هاست زیرا ممکن است در گذر زمان رنگ زرد مانند پیدا کنند و با قرارگیری در معرض نور خورشید و به دلیل وجود اشعه فرابنفش در پرتو های خورشید این تغییر رنگ بدتر نیز خواهد شد. حتی می توان عنوان کرد که این تغییر رنگ با سرعت بیشتری انجام خواهد گرفت. این دسته از فیلامنت ها بر اثر تجزیه ناشی از قرارگیری در برابر اشعه فرابنفش نیز استحکام ساختاری خود را از دست می دهند بنابراین بیشتر برای تولید محصولاتی مناسب می باشند که به صورت گهگاه در معرض نور خورشید قرار دارند و یا حداقل در محیطی هستند که سایه به خوبی آنها را پوشانده است.

کدام نوع از فیلامنت ها گزینه مناسبی برای تولید محصولاتی در محیط خارج از خانه نیستند؟

سایر فیلامنت های موجود همانند پلی استایرن های مقاوم در برابر ضربه همانند پلی لاکتیک اسید و یا اکریلو نیتریل بوتادین استایرن نمی‌توانند یکپارچگی کارکردی زیادی در معرض نور خورشید داشته باشند زیرا پلی استایرن های مقاوم در برابر ضربه در هر صورت مقاومت چندانی در برابر اشعه فرابنفش ندارند. اگرچه نایلون به تنهایی نوعی فیلامنت نسبتاً قوی به شمار می‌آید اما کاربری آن کمی سخت است و علاوه بر آن مقاومت کمی در معرض اشعه فرابنفش دارد مگر آن که ماده مورد نظر برای مدت طولانی تری در سایه قرار بگیرد ولی در هر صورت بهتر است که از نایلون برای تولید چنین محصولاتی استفاده نکنید.

آیا پلیمرهای نوری و یا رزین ها گزینه مناسبی برای تولید محصولات خارج از خانه هستند؟

باید به صورت جداگانه به رزین ها پرداخت زیرا از طبیعت بسیار منحصر به فردی برخوردارند و تمامی چاپگرهای رزین محور با رزین های پلیمرهای نوری به صورت لایه لایه و قرارگیری در معرض لیزرهای فرابنفش با دقت بسیار بالا فرآوری می‌شوند. در فرآورش های استاندارد برای محصولات تولید شده با استفاده از رزین ها در چاپ سه بعدی ابتدا باید بیشتر رزین های فرآوری نشده را با انواع حلال ها همانند الکل ایزوپروپیل بشویید و سپس این محصولات باید در زیر لامپ های فرابنفش و یا نور خورشید مستقیم قرار گیرد. اگرچه شواهد موجود نشان می دهند که تولید محصولات رزینی برای مصارف خارج از خانه باید گزینه مناسبی باشد و این مواد آسیب چندانی نخواهند دید اما حقیقت این است که استفاده از این دسته از محصولات برای مدت طولانی در فضای خارج از خانه باعث می شود تا امکان تنرل خواصی در این موارد به دلیل قرارگیری در معرض اشعه فرابنفش افزایش پیدا کند. در حقیقت قرارگیری این دسته از مواد در معرض اشعه فرابنفش باعث می‌شود تا فرآوری و سخت شدگی محصول تولید شده همچنان ادامه پیدا کند و در نهایت محصول شکننده شده و دوام خود را از دست می دهد و یا حالت انعطاف پذیری پیدا می‌کند. تغییر رنگ این دسته از پلیمرهای نوری نیز وابستگی بسیار زیادی به نوع خاص رنگدانه ها و یا رنگهای کاربردی دارد و در صورتی که این رنگها حساسیت زیادی در برابر پرتوهای فرابنفش داشته باشد بنابراین می توانید انتظار تغییر رنگ آنها را در طی مدت کوتاهی داشته باشید.

پیش از انتخاب یک فیلامنت برای تولید محصولات خارج از خانه به چه نکاتی باید توجه کرد؟

بیشتر ما قرارگیری در معرض باد، باران و تغییرات دمایی را به عنوان اولین فاکتورهایی در نظر میگیریم که می‌تواند در طول عمر تمامی محصولات خارج از محیط خانه اثر بگذارند اما بزرگترین مقصر در میان تمامی موارد عاملی غیر قابل مشاهده و نامرئی است که همان اشعه فرابنفش می باشد. تا به کنون موثرترین عامل مشارکت کننده برای تجزیه محصولات ساخته شده با استفاده از چاپ سه بعدی قرارگیری در معرض اشعه فرابنفش و یا قرار گیری بیش از اندازه این محصولات می باشد. به طور کلی پلاستیک ها در معرض نوعی تنزل ناشی از اشعه فرابنفش قرار خواهند گرفت و پرتوهای های این دسته از نور ها باعث می شوند تا ساختار ماده پلیمری تنزل پیدا کند و پس از مدتی نابود شود. حتی ممکن است که کیفیت ساختاری و استحکام کششی آن ها نیز تحت تاثیر قرار بگیرد. تعداد بسیار زیادی از اشیای تولید شده با استفاده از این روش به دلیل قرارگیری در معرض اشعه فرابنفش در طی زمان حالت شکننده پیدا می‌کنند. پرتوهای نامبرده شده علاوه بر کاهش استحکام مواد پلاستیکی باعث تغییر رنگ و یا کاهش رنگ این دسته از محصولات نیز خواهند شد. به عنوان مثال تعداد بسیار زیادی از محصولات پلاستیکی در طی زمان رنگ زرد و یا سفید مانند پیدا می کنند. 

مترجم: ف.آل احمد