NET3D

چاپ سه بعدی کامپوزیت – یکی از معایب چاپ سه بعدی با روش FDM، ضعف خواص مکانیکی قطعات ساخته شده با آن است. برای افزایش استحکام و خواص مکانیکی نمونه‌های ساخته شده با این روش، استفاده از تقویت‌کننده‌هایی مانند نانوذرات، الیاف خرد شده و الیاف پیوسته گزارش شده است. حداکثر درصد الیاف خرد شده عموما 10 درصد وزنی و ابعاد آن حدود 0.2 میلی متر است به همین علت ممکن است استفاده از الیاف خردشده مشکلاتی از قبیل گرفتگی نازل را به دنبال داشته باشد، اما به لحاظ اجرا همانند چاپ سه‌بعدی با فیلامنت‌های خالصِ متداول است، هرچند در اینجا نیز بهبود استحکام قطعات چندان چشمگیر نیست (حداکثر دو برابر)

مقایسه خواص خمشی نمونه‌های چاپ شده با فیلامنت‌های نایلون- الیاف خردشده کربن (onyx) و فیلامنت های نایلون- الیاف پیوسته کربن با نمونه های خالص آن.

همان طور که در تصویر مشاهده می شود استحکام خمشی نمونه حاوی الیاف خرد شده (onyx) حدود 80 مگاپاسکال است که در مقایسه با نمونه خالص آن (نایلون با استحکام حدود 40 مگاپاسکال)، حدود دو برابر شده است، اما در صورت استفاده از الیاف پیوسته کربن، استحکام خمشی تا حدود 680 مگاپاسکال (بالاتر از نمونه آلومینوم 6061T6) می رسد. بنابراین کامپوزیت‌هایچاپ شده با الیاف پیوسته، به علت نیاز صنایعی مانند اتومبیل‌سازی و هواپیماسازی به قطعاتی با وزن کم و خواص مکانیکی مناسب (نسبت استحکام به وزن بالا) می توانند مورد استفاده قرار گیرند.

نمونه چاپ سه بعدی با الیاف پیوسته (شرکت Markforged).

برای درک بهتر میزان افزایش خواص مکانیکی قطعات چاپ شده با استفاده از الیاف پیوسته شیشه، مشاهده ویدئوی زیر (ساخت قلاب نگهدارنده ماشین های سنگین برای جرثقیل) بسیار مفید است:

همان طور که پیش تر بیان شد، استفاده از الیاف پیوسته به عنوان تقویت‌کننده در چاپ سه‌بعدی، خواص مکانیکی قطعات را به میزان چشمگیری افزایش می‌دهد و در سال‌های اخیر، توجه زیادی را به خود جلب نموده است. از جمله پیچیدگی‌ها و چالش‌های این روش می‌توان به پارگی الیاف در حین چاپ، ریش‌ریش شدن و عدم آغشتگی مناسب الیاف با زمینه گرمانرم، اشاره کرد. برای رفع این چالش‌ها، پژوهش‌های آکادمیک بسیاری در حال انجام است و شرکت های متعددی به عرضه پرینترهای مخصوص چاپ الیاف پیوسته، فیلامنت های تقویت شده و نرم افزار مخصوص اسلایسر پرداخته اند، که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره خواهد شد:

شرکت امریکایی Markforged

یکی از شناخته شده‌ترین شرکت‌ها در زمینه چاپ سه‌بعدی با الیاف پیوسته، شرکت Markforged است که  اولین پرینتر چاپ با الیاف پیوسته را در سال 2014 با نام MarkOne^® روانه بازار کرده است. این شرکت تولیدکننده فیلامنت‌های گرمانرم تقویت شده کربن، شیشه و کولار و نیز سازنده پرینترهای تجاری دونازله  و اسلایسر مخصوص Eiger می‌باشد. همچنین پژوهش‌های بسیاری از این پرینتر یا مواد اولیه این شرکت استفاده شده و جنبه‌های مختلف این پرینترها و فیلامت‌های آن و کامپوزیت‌های ساخته شده با آن پرداخته شده است. لازم به ذکر است که این پرینتر دارای دو نازل جداگانه برای چاپ فیلامنت نایلون و فیلامنت‌های تقویت شده با الیاف پیوسته است.

پرینتر MarkTwo ساخت شرکت Markforged.

تصویر شماتیک اجزا پرینتر MarkTwo.

شرکت روسی Anisoprint

این شرکت مشابه شرکت مارک‌فورجد، از فیلامنت تقویت شده برای چاپ سه ‌بعدی با الیاف پیوسته استفاده می‌کند، با این تفاوت که این فیلامنت ها با استفاده از یک رزین گرماسخت با فرمولاسیون خاص آغشته شده که در حین چاپ چسبندگی مناسبی با زمینه پلیمری گرمانرم دارد. هم‌چنین فیلامنت پلیمری به صورت جداگانه از راه‌گاهی دیگر وارد شده و ضمن آغشته کردن رشته تقویت شده چاپ انجام می‌شود. این پرینتر نیز از نرم افزار مخصوص خود به نام Aura برای چاپ با الیاف پیوسته استفاده می‌کند.

پرینتر composer A ساخت شرکت Anisoprint.

چاپ سه بعدی کامپوزیت

نمایی  از هد دستگاه Anisoprint، نمونه های چاپ شده و تصویر شماتیک اجزای آن.

شرکت سوئیسی 9T Labs

این شرکت نیز از یک سیستم دو نازله برای چاپ کامپوزیت ها استفاده می کند. زمینه گرمانرم از جنس نایلون 12 یا پلی اتر کتون کتون و الیاف تقویت کننده، الیاف کربن می باشند. کامپوزیت های حاصل دارای 60 درصد حجمی الیاف و کم تر از 1 درصد حفره می باشند. نرم افزار مخصوص این پرینترها (Red series)، نرم افزار Fiberfy نام دارد که امکان بهینه سازی سازی ساختاری قطعات را داراست. به علاوه از ماژول فیوژن و اعمال فشار و دما برای کاهش حفره در کامپوزیت ها استفاده می کند که میزان حفره را به حداقل می رساند و کاربرد این قطعات را در صنعت هوافضا بهبود بخشیده است.

پرینتر Red series و دستگاه فیوژن، ساخت شرکت 9T Lab.

نمونه چاپ شده با پرینتر Red series.

شباهت ها و تفاوت ها

تهیه و گردآوری: خدمات چاپ سه بعدی و آموزش تیکا تری دی (Tika3D)

آدرس اینستاگرام:https://www.instagram.com/tika3d/

کانال تلگرام:http://t.me/Tika3D

ایمیل: [email protected]

آی دی نت تری دی: @n-mosleh